一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法及系统，该方法包括：将待焊接不等厚板材两侧表面打磨及清洗并确定板厚差；将待焊接不等厚板材工件置于真空工作舱室内形成待焊接不等厚板材焊缝；通过抽真空机构对真空工作舱室抽真空使之达到作业所需的真空度；设置焊接工艺参数，通过激光器和激光头产生焊接激光，并使其按照预设路径、频率进行摆动，在摆动过程中按正弦规律变化实时改变激光功率，实现厚板侧高功率薄板侧低功率的变功率真空摆动激光，同时控制工作台沿焊缝轨迹的主方向移动进行焊接作业；能够解决传统激光焊接不等厚板焊缝熔深较浅，焊缝成形较差、易产生热裂纹、气孔多，金属元素易烧损，严重影响焊接接头质量的问题。量的问题。量的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法及系统


[0001]本专利技术属于激光焊接
，更具体地，涉及一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法及系统。

技术介绍

[0002]不等厚拼焊板具有减少零部件生产流程、实现零部件减重、实现材料性能的优化配置等特点，因此其在航空工业中得到了一定的应用，航空材料轻量化也使得不等厚板材拼焊成为重要的发展方向。根据航空用零部件对材料性能的要求，将不同厚度的板材通过焊接构成不等厚拼焊板，再经过冲压等工序将其制备成相应的航空用零部件。
[0003]目前不等厚拼焊多采用传统激光焊接的方式来生产，而不等厚拼焊在焊接时则存在诸多问题：(1)传统激光在低功率、标准大气压下所形成的焊缝熔深较浅，过渡不平滑，焊接质量较差；(2)诸如铝合金一类的材料凝固收缩率大，易产生热裂纹，在液态状态下具有较强的吸氢能力，在凝固过程中，氢在铝中的溶解度急剧下降，大量氢元素析出，当其来不及逸出时便会残留在焊缝中形成大量气孔；(3)部分有色金属在传统激光焊接过程中存在元素烧损，使得焊缝的强度下降；焊缝过渡不平滑、热裂纹、气孔以及元素烧损等问题将会造成焊缝弱化，严重影响焊接接头的质量。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法及系统，通过抽真空控制单元控制抽真空机构对真空工作舱室进行抽真空作业，通过设置焊接工艺参数，使得通过激光器和与之相连的激光头产生的焊接激光按照预设路径、频率进行摆动，在摆动过程中按正弦规律变化实时改变激光功率，实现厚板侧高功率，薄板侧低功率的变功率真空摆动激光，同时控制工作台沿焊缝轨迹的主方向移动进行焊接作业；此方法高效快捷，并能够得到具有良好焊缝成形及质量合格的焊接接头；通过在真空环境下进行焊接，能够有效增加焊缝的熔深；真空环境下的激光焊接能够有效避免大气环境下常出现的匙孔周期性的膨胀和收缩现象，低真空条件下，匙孔后壁的波动幅度较小，稳定性提高，很少发生匙孔坍塌；低真空条件下，熔池存在表面张力驱动的流动和沿着匙孔后壁向上的流动；这种流动模式有利于熔池内气泡的逸出，不易在焊接接头中形成气孔；摆动激光能够形成平滑过渡的焊缝，且对熔池有一定的搅拌作用，不仅有利于气孔的逸出，同时加强了熔池流动，也有利于降低熔池温度，减少合金元素烧损；能够解决传统激光在低功率、标准大气压下所形成的焊缝熔深较浅，过渡不平滑，易产生热裂纹、在焊缝中易形成大量气孔，易使得金属元素烧损，造成焊缝强度下降，严重影响焊接接头质量的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的一个方面提供一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法，包括如下步骤：
[0006]S1：将待焊接不等厚板材工件的两侧表面进行打磨及清洗并确定待焊接不等厚板工件的板厚差；
[0007]S2：将待焊接不等厚板材工件置于真空工作舱室内的工作台上，形成待焊接不等厚板材焊缝；
[0008]S3：通过抽真空机构对真空工作舱室进行抽真空作业，使之达到作业所需的真空度；
[0009]S4：设置焊接工艺参数，使得摆动幅度为0.8～1.2倍的板厚差,设定初始激光功率为4～6K W,初始焊接速度为3～5m/min；通过激光器和与之相连的激光头产生焊接激光，并使所述焊接激光按照预设路径、频率进行摆动，在摆动过程中按正弦规律变化实时改变激光功率，实现厚板侧高功率，薄板侧低功率的变功率真空摆动激光，同时控制工作台沿焊缝轨迹的主方向移动进行焊接作业。
[0010]进一步地，步骤S4中的所述焊接工艺参数包括激光的离焦量为
‑
5～5mm，激光功率为1kW～10kW，焊接速度为0.2～8.0m/min，摆动幅度为0～4mm，摆动频率为50～200Hz。
[0011]进一步地，步骤S4还包括若所述待焊接不等厚板材焊缝存在焊接偏差，则通过控制程序控制所述焊接激光沿所述待焊接不等厚板材焊缝轨迹移动，以对所述焊缝偏差进行正负方向的补偿。
[0012]进一步地，步骤3中所述真空度为10
‑2～1kPa。
[0013]进一步地，所述预设路径的中心位于所述待焊接不等厚板材焊缝的中心线上。
[0014]进一步地，步骤1还包括对待焊接不等厚板材工件使用打磨机进行打磨，以去除表面氧化皮，并用工业丝绸蘸取丙酮擦拭待焊接不等厚板材工件表面以去除表面油污。
[0015]本专利技术的另一个方面提供一种不等厚板材真空摆动激光焊接系统，包括激光器、与所述激光器输出端相连的激光头、设于所述激光头输出端的真空工作舱室、设于所述真空工作舱室内的工作台、与所述真空工作舱室相连的抽真空机、与所述抽真空机相连的抽真空控制单元以及与所述工作台相连的工作台控制单元；
[0016]通过所述抽真空控制单元控制所述抽真空机构对所述真空工作舱室进行抽真空作业，通过设置焊接工艺参数，使激光的离焦量为
‑
5～5mm，激光功率为1kW～10kW，焊接速度为0.2～8.0m/min，摆动幅度为0～4mm，摆动频率为50～200Hz，进而使得通过所述激光器和与之相连的所述激光头产生的焊接激光按照预设路径、频率进行摆动，在摆动过程中按正弦规律变化实时改变激光功率，实现厚板侧高功率，薄板侧低功率的变功率真空摆动激光，同时控制工作台沿焊缝轨迹的主方向移动进行焊接作业。
[0017]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0018](1)本专利技术的一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法及系统，通过抽真空控制单元控制抽真空机构对真空工作舱室进行抽真空作业，通过设置焊接工艺参数，使得通过激光器和与之相连的激光头产生的焊接激光按照预设路径、频率进行摆动，在摆动过程中按正弦规律变化实时改变激光功率，实现厚板侧高功率，薄板侧低功率的变功率真空摆动激光，同时控制工作台沿焊缝轨迹的主方向移动进行焊接作业；此方法高效快捷，并能够得到具有良好焊缝成形及质量合格的焊接接头；能够解决传统激光在低功率、标准大气压下所形成的焊缝熔深较浅，过渡不平滑，易产生热裂纹、在焊缝中易形成大量气孔，易使得金属元素烧损，造成焊缝强度下降，严重影响焊接接头质量的问题。
[0019](2)本专利技术的一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法及系统，通过在真空环境下
进行焊接，能够有效增加焊缝的熔深；真空环境下的激光焊接能够有效避免大气环境下常出现的匙孔周期性的膨胀和收缩现象，低真空条件下，匙孔后壁的波动幅度较小，稳定性提高，很少发生匙孔坍塌；低真空条件下，熔池存在表面张力驱动的流动和沿着匙孔后壁向上的流动；这种流动模式有利于熔池内气泡的逸出，不易在焊接接头中形成气孔。
[0020](3)本专利技术的一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法及系统，摆动激光能够形成平滑过渡的焊缝，且对熔池有一定的搅拌作用，不仅有利于气孔的逸出，同时加强了熔池流动，也有利于降低熔池温度，减少合金元素烧损。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例一种不等厚板材真空摆动激光焊接系统的整体结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将待焊接不等厚板材工件的两侧表面进行打磨及清洗并确定待焊接不等厚板工件的板厚差；S2：将待焊接不等厚板材工件置于真空工作舱室内的工作台上，形成待焊接不等厚板材焊缝；S3：通过抽真空机构对真空工作舱室进行抽真空作业，使之达到作业所需的真空度；S4：设置焊接工艺参数，使得摆动幅度为0.8～1.2倍的板厚差,设定初始激光功率为4～6KW,初始焊接速度为3～5m/min；通过激光器和与之相连的激光头产生焊接激光，并使所述焊接激光按照预设路径、频率进行摆动，在摆动过程中按正弦规律变化实时改变激光功率，实现厚板侧高功率，薄板侧低功率的变功率真空摆动激光，同时控制工作台沿焊缝轨迹的主方向移动进行焊接作业。2.根据权利要求1所述的一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法，其特征在于：步骤S4中的所述焊接工艺参数包括激光的离焦量为
‑
5～5mm，激光功率为1kW～10kW，焊接速度为0.2～8.0m/min，摆动幅度为0～4mm，摆动频率为50～200Hz。3.根据权利要求2所述的一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法，其特征在于：步骤S4还包括若所述待焊接不等厚板材焊缝存在焊接偏差，则通过控制程序控制所述焊接激光沿所述待焊接不等厚板材焊缝轨迹移动，以对所述焊缝偏差进行正负方向的补偿。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的一种不等厚板材真空摆动激光焊接方法，其特征在于：所述步骤3中所述真空度为10
‑2～1kPa。5.根据权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜梦，陈曦，姜楠，何崇文，李方志，姜雨默，陈彦宾，
申请(专利权)人：哈尔滨工大焊接科技有限公司，
类型：发明
国别省市：