本发明专利技术涉及一种用于深熔焊接工件(2)的方法，其中，通过第一激光束(11)和第二激光束(12)照射工件(2)的表面，其中，在工件表面平面(OE)中第一激光束(11)的第一射束宽度B1大于第二激光束(12)的第二射束宽度B2，并且，至少在射束工件表面平面(OE)中第二激光束(12)处于第一激光束(11)之内，其中，第一激光束(11)的强度独自足够用于在工件(2)中产生蒸汽小孔(6)，并且，在工件(2)中产生的蒸汽小孔(6)在工件表面平面(OE)中具有小孔宽度KB，其中，KB基本上与B1一样大，并且进一步适用B2≤0.75*KB。提供了一种激光深熔焊接方法，其中，在大的焊入深度和高的进给速度的情况下可以实现良好的焊缝质量。本发明专利技术还涉及一种激光焊接装置。
Method and Laser Welding Device for Deep Penetration of Welded Workpiece by Incidenting a Laser Beam into a Small Hole Opening Generated by another Laser Beam
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过将激光束入射到由另一激光束产生的小孔开口来深熔焊接工件的方法和激光焊接装置
本专利技术涉及一种用于深熔焊接工件的方法，其中，通过第一激光束和第二激光束照射所述工件的表面，其中，在工件表面平面中，第一激光束的射束宽度B1大于第二激光束的射束宽度B2，并且，至少在该工件表面平面中，第二激光束位于第一激光束之内。
技术介绍
这种方法由US2006/0157457A1已知。通过激光束焊接，工件可以以相对高的速度在窄的焊缝上相互连接。在工件中仅相对少地引入热量，使得不出现或仅出现少的热变形。在激光深熔焊接时，工件材料不是仅表面融化，而是在熔池中构成沿照射方向的蒸汽小孔。由此，激光辐射可以在更大的深度中推进，由此可以产生工件之间更强的连接。通过高品质的激光束，也就是说小的光束参数乘积(定义为最薄部位上的张开角度*激光束半径，通常缩写为SPP)可以实现特别大的焊入深度。另一方面，通过低品质的激光束，也就是说大的光束参数乘积，可以在高的进给速度的情况下实现优良的焊缝质量。焊缝的质量尤其通过焊接飞溅的构成而受到损害。液态工件材料从熔池甩出，这在焊缝中引入缺口并且导致焊缝中的材料损失，由此，焊缝被机械地削弱并且也污染环境。在现有技术中已尝试，通过使用多个激光束来影响焊接过程的质量。由US2006/0157457A1已知，将第一激光束和第二激光束在工件上叠加。第二激光束的光斑小于第一激光束的光斑，其中，第二激光束的光斑位于第一激光束的光斑之内。第二激光束对准到形成的蒸汽小孔上。在工件具有高反射率的情况下，该方法可以实现大的焊接深度和焊接宽度以及高的焊接速度。相似的方法例如由DE102006011064B4，EP1007267B1，DE19751195，DE19859243A1和JP4580065A已知，在这些方法中，具有小光斑的激光束产生蒸汽小孔并且被具有更大光斑的另一激光束叠加，以便堆周围的熔池产生影响。US7,807,939B2描述了一种激光焊接方法，其中，两束激光在时间上交替地照射工件。由JP2004358521A已知另一种激光焊接方法，其中，来自不同激光源或相同激光源的激光束被叠加并且在工件的不同深度处聚焦。由JP2006263771A已知一种在具有不同波长的激光源的的类似方法。JP2003340582A建议，将激光束分成具有小直径和高能量的主光束以及具有大直径和低能量的副光束并且将它们不同地聚焦。通过主光束产生蒸汽小孔。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提供一种激光深熔焊接方法，其中，在大的焊入深度和高的进给速度的情况下可以实现良好的焊缝质量。该任务通过开头提到的类型的方法解决，其特征在于，第一激光束的强度独自足够用于在工件中产生蒸汽小孔，并且，在工件中产生的蒸汽小孔在工件表面平面中具有小孔宽度KB，其中，KB基本上与B1一样大，并且进一步适用B2≤0.75*KB。根据本专利技术，第一激光束的强度选择得这样大：使得该激光束本身已经能够在工件中(或者说在要被连接成工件的工件部分的边界面上)产生蒸汽小孔。相应地，通过第一激光束在工件的表面平面中已经产生开口。与第一激光束相比较小的第二激光束可以穿过开口对准，使得第二激光束在工件的靠近表面附近的区域中不遇到溶液(或者甚至固态的工件材料()，该区域通常至少包括工件的上三分之一(关于工件中的深度而言)。在距工件表面的一定距离处，通常在蒸汽小孔的中间三分之一和下三分之一(关于工件中的深度而言)中，才在蒸汽小孔相对于周围熔池的边界面上发生第二激光束的吸收和反射，其中，能量被释放。因此，第二激光束利用通过第一激光束完成的蒸汽小孔的开口，以便在无(或者仅有很少)能量损失的情况下到达蒸汽小孔的较深的区域中，以便在那里释放其能量。在根据本专利技术的方法的范围内蒸汽小孔的小孔宽度KB基本上相当于第一激光束(照射到工件表面平面中)的第一射束宽度B1；在这里大多适用|KB-B1|≤0.2*B1，优选|KB-B1|≤0.15*B1，并且经常还适用|KB-B1|≤0.1*B1。在许多情况下也适用B1≤KB。通过在工件上部区域中与单个激光束相比较少的能量输入，熔池上部分中的熔液流动动态变化减小。熔液的流动速度减小，并且湍流的趋势降低。另一方面，这使飞溅形成减少或者说可以在激光焊接过程中利用较高的进给速度。同时，可以通过第二激光束在在较大深度处提供许多能量，由此，与低射束品质的单个激光束相比可以增大焊入深度，并且此外实现细长的缝隙形状。在本专利技术的范围中，可以通过比现有技术中更少的激光功率在高焊缝质量的情况下实现预给定的焊入深度。由此提高了能量效率，使得可以降低运行成本和投资成本。此外，更有针对性的能量耦入导致向工件(构件)中更少的热量带入并且因此减小了残余应力和工件变形。通常，第一激光束的强度恰好足够用于由第一激光束独自在工件中产生(稳定的)蒸汽小孔；通常，第一激光束的强度最大是为由第一激光束独自产生稳定的蒸汽小孔所需的两倍高。对于宽度(例如B1，B2，B3)的所说明的关系至少适用于沿着激光焊接过程的进给方向(焊接方向)的情况，通常也对于工件表面平面内(或平行于工件表面平面)的每个方向适用。优选地，在本专利技术的范围中也适用B2≤0.5*KB或者也适用B2≤0.4*KB或者甚至适用B2≤0.3*KB。优选也适用B2≤0.5*B1或B2≤0.4*B1。第一和第二激光束可以通过共同的激光源产生或者也通过分开的激光源产生。通常，第一激光束和第二激光束是同轴的。可以注意到，(在工件表面平面中)第二激光束可以与第一激光束重叠，或者第一激光束也可以环状包围第二激光束。在根据本专利技术的方法的优选变型方案中，第一和第二激光束关于垂直于工件表面延伸的z方向具有相同的焦点位置或相互间距小于1mm的焦点位置。在这种情况下可以对于两个激光束使用特别简单的、尤其共同的成像光具。此外，通常可以在特别大的深度处进行第二激光束的能量引入；第二激光束的光束断面可以优化地利用通过第一激光束产生的蒸汽小孔的自由空间。还优选一种实施方式，其中，第一和第二激光束的焦点位置在工件表面平面中或在工件表面之下位于蒸汽小孔内。由此，焊缝质量被优化。通常，共同的焦点或较深处的焦点最多位于与蒸汽小孔的深度延伸或者工件厚度(关于z方向)的一半深度处。尤其优选一种变型方案，其中，第二激光束比第一激光束具有更好的射束质量(也称作射束品质)，尤其是SPP1≥2*SPP2，优选SPP1≥4*SPP2，其中，SPP1是第一激光束的光束参数乘积，SPP2是第二激光束的光束参数乘积。由此，在焊缝质量良好的情况下不仅可以实现大的焊入深度而且也可以实现高的进给速度。在本专利技术的范围中，低的SPP、即高的射束质量、也就是说大的焊入深度的优点可以与高的SPP、即低的射束质量、也就是说更好的焊缝质量或者说可选择得更高的进给速度的优点相结合。也优选一种变型方案，其中，对于第一激光束的第一激光功率L1和第二激光束的第二激光功率L2适用：L2≥L1，优选L2≥2*L1。这在实践中已证明，以便在蒸汽小孔的较大深度处得到大的能量输入。特别地，以相同的激光功率L2＝L1也得到良好的焊接结果。第二激光束独自的强度也足够用于在工件中产生蒸汽小孔。此外通常还适用L2≥5*L1。替代地也可以选择L2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于深熔焊接工件(2)的方法，其中，通过第一激光束(11)和第二激光束(12)照射工件(2)的表面，其中，在工件表面平面(OE)中第一激光束(11)的第一射束宽度B1大于第二激光束(12)的第二射束宽度B2，并且，至少在射束工件表面平面(OE)中第二激光束(12)处于第一激光束(11)之内，其特征在于，第一激光束(11)的强度独自足够用于在工件(2)中产生蒸汽小孔(6)，并且，在工件(2)中产生的蒸汽小孔(6)在工件表面平面(OE)中具有小孔宽度KB，其中，KB基本上与B1一样大，并且进一步适用B2≤0.75*KB。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.15 DE 102016222357.71.用于深熔焊接工件(2)的方法，其中，通过第一激光束(11)和第二激光束(12)照射工件(2)的表面，其中，在工件表面平面(OE)中第一激光束(11)的第一射束宽度B1大于第二激光束(12)的第二射束宽度B2，并且，至少在射束工件表面平面(OE)中第二激光束(12)处于第一激光束(11)之内，其特征在于，第一激光束(11)的强度独自足够用于在工件(2)中产生蒸汽小孔(6)，并且，在工件(2)中产生的蒸汽小孔(6)在工件表面平面(OE)中具有小孔宽度KB，其中，KB基本上与B1一样大，并且进一步适用B2≤0.75*KB。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，第一激光束(11)和第二激光束(12)关于垂直于工件(2)的表面延伸的z方向具有相同的焦点位置或具有相互间距小于1mm的焦点位置。3.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一和第二激光束(11,12)的焦点位置在工件表面平面(OE)中或在工件表面之下处于蒸汽小孔(6)之内。4.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第二激光束(12)比第一激光束(11)具有更好的射束质量，尤其是SPP1≥2*SPP2，优选SPP1≥4*SPP2，其中，SPP1是第一激光束(11)的光束参数乘积，SPP2是第二激光束(12)的光束参数乘积。5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对于第一激光束(11)的第一激光功率L1和第二激光束(12)的第二激光功率L2适用：L2≥L1，优选L2≥2*L1。6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对于第一激光束(11)的第一聚焦角度W1和第二激光束(12)的第二聚焦角度W2适用：W2≥W1。7.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对于蒸汽小孔(6)的处于该蒸汽小孔(6)的靠近工件表面的上四分之一(9)中的最小宽度KD和第二激光束(12)的处于该蒸汽小孔(6)的上四分之一(9)中的最大宽度G2适用：0.8*KD≥G2，优选0.6*KD≥G2。8.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一激光束(11)和第二激光束(12)以共同的射束轴线(4)同轴地定向。9.按照权利要求8所述的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·奥格，N·斯佩克，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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