异种金属激光摆动焊接方法及异种金属焊接设备技术

本发明专利技术适用于激光焊接技术领域，公开了异种金属激光摆动焊接方法及异种金属焊接设备。方法包括以下步骤：S1将第一、第二金属母材安装固定，第一金属母材和第二金属母材接触形成有接缝，其中，第一金属母材对激光的吸收率低于第二金属母材对激光的吸收率；S2、启动激光器发射激光束，并调整激光束激光焦点到焊缝的偏移量，使激光焦点位于第一金属母材上；S3、控制激光束按预定的焊接速度和方向以回旋式摆动的方式对接缝进行焊接。设备，包括激光器、夹紧机构和用于控制激光束以回旋式摆动方式进行焊接的控制系统。本发明专利技术所提供的异种金属激光摆动焊接方法及异种金属焊接设备，其焊接质量佳，且焊接效率高。

Laser Swing Welding Method for Dissimilar Metals and Dissimilar Metal Welding Equipment

The invention is applicable to the technical field of laser welding, and discloses a laser swing welding method for dissimilar metals and a welding equipment for dissimilar metals. The method includes the following steps: S1 fixes the first and second metal base materials, and the first metal base materials contact with the second metal base materials to form seams. Among them, the absorption rate of the first metal base materials to laser is lower than that of the second metal base materials to laser; S2, start the laser to emit laser beams, and adjust the deviation of laser beam focus to the weld, so that the laser focus is in the first place. On a metal base metal, S3, control laser beam to weld the seam in the way of swing according to the predetermined welding speed and direction. The equipment includes a laser, a clamping mechanism and a control system for controlling the laser beam to be welded in a swing mode. The laser swing welding method for dissimilar metals and the dissimilar metal welding equipment provided by the invention have good welding quality and high welding efficiency.

【技术实现步骤摘要】
异种金属激光摆动焊接方法及异种金属焊接设备
本专利技术属于激光焊接
，尤其涉及异种金属激光摆动焊接方法及异种金属焊接设备。
技术介绍
伴随着现代工业的发展和科学技术的进步，对焊接构件的性能提出了更高、更苛刻的要求，除需满足普通性能之外，还要求满足如高温强度、耐磨性、耐腐蚀性、低温韧性、磁性、导电性、导热性等多方面的要求。钢与铜及铜合金的焊接不仅充分发挥了材料各自的性能和作用，达到了充分利用的目的，而且还能大大节省材料，降低成本。因此开展此方面的研究极其重要，有很大的发展前景。铜与钢焊接是典型的异种材料焊接。铜和钢的熔点、导热系数、线膨胀系数和力学性能都有着很大的差异，不利于铜与钢的直接焊接。基于激光焊接的热能密度大、熔化金属量少、热影响区窄、接头质量高、生产效率高等优点，铜与钢的激光焊接已成为当前的发展趋势。但是铜对大多数工业应用激光的吸收率都比较低，且铜在焊接过程中还容易出现氧化、气孔、裂纹等缺陷。对于工业上广泛使用的多模激光器仍然很难实现铜与钢优质高效的焊接，基于多模激光器的铜与钢异种金属激光焊接工艺有待进一步开发。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一，提供了异种金属激光摆动焊接方法及异种金属焊接设备，其焊接质量佳，且焊接效率高。本专利技术的技术方案是异种金属激光摆动焊接方法，包括以下步骤：S1、将第一金属母材和第二金属母材安装固定，所述第一金属母材和所述第二金属母材接触形成有接缝，其中，所述第一金属母材对激光的吸收率低于所述第二金属母材对激光的吸收率；S2、启动激光器发射激光束，并调整激光束激光焦点到接缝的偏移量，使激光焦点位于所述第一金属母材上；S3、控制激光束按预定的焊接速度和方向以回旋式摆动的方式对接缝进行焊接。可选地，在步骤S1中，所述第一金属母材和所述第二金属母材的待焊接部位对接无错边。可选地，在步骤S2中，所述偏移量为0.4-0.7mm。可选地，在步骤S3中，所述激光束的焊接轨迹为多个连续的单元波形组成的螺旋线，所述单元波形包括第二圆弧轨迹段和相对于所述第二圆弧轨迹段回旋的第一圆弧轨迹段，所述第一圆弧轨迹段和所述第二圆弧轨迹段首尾连接且分别位于所述接缝的两侧。可选地，所述第一圆弧轨迹段作用于第一金属母材上，所述第二圆弧轨迹段作用于第二金属母材上，所述第二圆弧轨迹段的起始端连接于所述第一圆弧轨迹段的末端，所述第一圆弧轨迹段的起始端位于所述第二圆弧轨迹段两端之间，且所述第二圆弧轨迹段的末端连接于相邻单元波形中第一圆弧轨迹段的起始端。可选地，所述第一圆弧轨迹段的曲率半径小于所述第二圆弧轨迹段的曲率半径。可选地，在步骤S3中，在焊接过程同时通过吹气保护装置对所述接缝吹保护气。可选地，所述保护气分别从所述吹气保护装置的同轴吹气保护组件和背面吹气保护组件吹出，并流向接缝的正面和背面。本专利技术还提供了异种金属焊接设备，其特征在于，包括激光器，用于发射激光束为接缝的焊接提供能量；夹紧机构，用于装夹固定第一金属母材和第二金属母材，使所述第一金属母材和第二金属母材的待焊接部位接触形成接缝；及控制系统，用于控制激光束按设定的焊接速度和方向以回旋式摆动的方式对所述接缝进行焊接。可选地，还包括用于向所述接缝吹保护气的吹气保护装置，所述吹气保护装置包括用于向所述接缝正面吹保护气的同轴吹气保护组件、用于向所述接缝背面吹保护气的背面吹气保护组件和用于提供保护气的供气装置，所述同轴吹气保护组件与所述激光器的镜头同轴设置，所述同轴吹气保护组件的上端与激光器的镜头连接，所述同轴吹气保护组件的下端设置有吹气口，所述吹气口位于所述接缝的上方，且所述吹气口到所述接缝的距离为15-20mm，所述同轴吹气保护组件设置有用于供激光束穿过的通孔，所述激光束穿过所述通孔聚焦在金属母材上，所述背面吹气组件包括由于承载金属母材的承载台，所述夹紧机构设于所述承载板上，所述承载台的侧面设置有用于通入保护气对接缝进行保护的进气孔，所述进气孔与所述承载台的上表面连通，且所述进气孔内设置有用于减缓保护气冲击的挡块。本专利技术所提供的异种金属激光摆动焊接方法及异种金属焊接设备，将激光束激光焦点的初始位置设于第一金属母材上，通过采用回旋式摆动的方式控制激光束移动对异种金属的焊缝进行焊接，在组成激光束移动路径的单元波形中，具有小曲率半径的第一圆弧轨迹段作用于第一金属母材上，第一金属母材受到激光束作用的频率高和密集程度大，提高了第一金属母材对激光束能量的吸收效率，具有大曲率半径的第二圆弧轨迹段作用于第二金属母材上，使得第一金属母材和第二金属母材的待焊接部位能同时熔化形成熔池，带来的有益效果包括：其一，激光束的回旋式摆动可以延长熔池的停留时间，增加了第一金属母材4和第二金属母材5液态金属的混合时间；其二，随着激光束射入熔池蒸发产生焊接小孔，焊接小孔高效地吸收射入激光束的能量，从而进一步使焊接小孔四壁的金属熔化，提高对激光能量的利用率；其三，焊接小孔能随着激光束的摆动而进行摆动，减小接缝的深宽比，焊接小孔为熔池提供了搅拌力，有利于气泡的上浮，从而达到减少气孔的目的，并有利于熔池中第一金属母材和第二金属母材的混合，从而有效消除因异种金属物理和化学性能上的较大差异所导致的焊接难题。其与现有的激光焊接技术相比，焊缝成形美观，无裂纹、气孔、未焊透、未熔合等焊接缺陷，焊接工艺性能良好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的异种金属激光摆动焊接方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的异种金属激光摆动焊接方法中激光束的回旋式摆动路径的示意图；图3是专利技术实施例1中T2紫铜和T304不锈钢的接缝表面成形图；图4是对比实施例中T2紫铜和T304不锈钢的接缝表面成形图；图5是专利技术实施例1中T2紫铜和T304不锈钢接缝处的载荷-位移曲线；图6是对比实施例中T2紫铜和T304不锈钢接缝处的载荷-位移曲线。图7是本专利技术实施例提供的异种金属焊接的设备中吹气保护装置的结构示意图；图8是本专利技术实施例提供的异种金属焊接的设备中吹气保护装置的主视图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。另外，本专利技术实施例中若有“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系的用语，其为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位或位置关系、也不是必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在具体实施方式中所描述的各个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.异种金属激光摆动焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将第一金属母材和第二金属母材安装固定，所述第一金属母材和所述第二金属母材接触形成有接缝，其中，所述第一金属母材对激光的吸收率低于所述第二金属母材对激光的吸收率；S2、启动激光器发射激光束，并调整激光束激光焦点到接缝的偏移量，使激光焦点位于所述第一金属母材上；S3、控制激光束按预定的焊接速度和方向以回旋式摆动的方式对接缝进行焊接。

【技术特征摘要】
1.异种金属激光摆动焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将第一金属母材和第二金属母材安装固定，所述第一金属母材和所述第二金属母材接触形成有接缝，其中，所述第一金属母材对激光的吸收率低于所述第二金属母材对激光的吸收率；S2、启动激光器发射激光束，并调整激光束激光焦点到接缝的偏移量，使激光焦点位于所述第一金属母材上；S3、控制激光束按预定的焊接速度和方向以回旋式摆动的方式对接缝进行焊接。2.如权利要求1所述的异种金属激光摆动焊接方法，其特征在于，在步骤S1中，所述第一金属母材和所述第二金属母材的待焊接部位对接无错边。3.如权利要求1所述的异种金属激光摆动焊接方法，其特征在于，在步骤S2中，所述偏移量为0.4-0.7mm。4.如权利要求1所述的异种金属激光摆动焊接方法，其特征在于，在步骤S3中，所述激光束的焊接轨迹为多个连续的单元波形组成的螺旋线，所述单元波形包括第二圆弧轨迹段和相对于所述第二圆弧轨迹段回旋的第一圆弧轨迹段，所述第一圆弧轨迹段和所述第二圆弧轨迹段首尾连接且分别位于所述接缝的两侧。5.如权利要求4所述的异种金属激光摆动焊接方法，其特征在于，所述第一圆弧轨迹段作用于第一金属母材上，所述第二圆弧轨迹段作用于第二金属母材上，所述第二圆弧轨迹段的起始端连接于所述第一圆弧轨迹段的末端，所述第一圆弧轨迹段的起始端位于所述第二圆弧轨迹段两端之间，且所述第二圆弧轨迹段的末端连接于相邻单元波形中第一圆弧轨迹段的起始端。6.如权利要求5所述的异种金属激光摆动焊接方法，其特征在于，所述第一圆弧轨迹段的曲率半径小于所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜德富，陈兵华，邓时累，唐景龙，陈根余，陈焱，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，大族激光智能装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44