一种脉冲-连续复合的点环激光焊接异种金属方法技术

本发明专利技术公开了一种脉冲

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲
‑
连续复合的点环激光焊接异种金属方法


[0001]本专利技术属于激光加工
，更具体地，涉及一种脉冲
‑
连续复合的点环激光焊接异种金属方法。

技术介绍

[0002]随着我国工业制造的高速发展，追求更低成本、更高性能以及更轻量化正成为现代制造业的显著特征。对于同一结构件而言，使用单一合金材料通常无法满足各个区域对服役环境及载荷差异化的需求。为克服这一痛点，异种金属复合结构逐渐兴起，通过综合利用不同材料性能优势，有效规避单一合金不足，能够充分适应“功能一体化，结构轻量化”的发展趋势。
[0003]由于异种金属的物理化学特性差异，其相比于同种金属的焊接难度更大，例如：焊接过程中高熔点金属提前收缩凝固形成巨大的焊接残余应力，使结构件产生较大形变；其次，异种金属间通常会反应生成脆性金属间化合物(IMCs)，极易导致焊道开裂。目前，异种金属间的焊接主要有爆炸焊、钎焊、搅拌摩擦焊、电弧焊和激光焊等。其中，激光焊接因能量控制精准、热影响区小、工件变形小以及自动化程度高等优点而受到广泛关注。根据激光输出的时域特性，可分为连续激光焊接和脉冲激光焊接。连续激光的输出功率范围宽、稳定性好，但可调节性不足。相对而言，脉冲激光具有平均功率低、峰值功率高、能量可控性好以及光束质量高等系列优势，能够通过调节波形、脉宽、频率等参数，在不改变整体热输入的条件下，实现焊缝中IMCs组分和比例的调控，特别适合于异种金属的连接。
[0004]然而现有脉冲激光器的平均输出功率均较低，可实现的焊接熔深浅，仅适用于薄板的焊接。为弥补脉冲激光平均输出功率不足，突破可焊板厚的尺寸限制，可将脉冲激光与连续激光合束形成脉冲
‑
连续复合激光用于异种金属焊接。脉冲
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连续复合激光可充分结合脉冲激光可调节性好以及连续激光输出功率范围宽的优点，在实现中厚板焊接的同时，还能够对焊缝中的IMCs进行调控。现有实现两类激光复合的方法主要有：(1)通过光路设计将脉冲激光与连续激光合并到同一光路中同时输出，双光束在时域和空间上重叠合束；(2)通过时钟控制器将脉冲激光与连续激光在同一光路中分别输出，在某一时刻仅有脉冲或连续激光中的一种激光输出，双光束在时域上拼接但空间上重叠。综合而言，现有的脉冲
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连续复合激光在空间上均会重叠耦合，在进行异种金属焊接时，热源间存在相互干扰，不利于IMCs的调控。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，旨在解决当前异种金属激光焊接时，使用单一脉冲激光难以突破板厚限制，而使用单一连续激光对焊缝中的IMCs调节能力差的技术问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，该方法在焊接过程中，将脉冲激光与环状连续激光复合成点环激光作用到工件表面上形成焊接
熔池，通过外部环状连续激光提高焊接熔深，通过内部脉冲激光调控熔池流场和焊缝金属间化合物比例；脉冲
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连续激光相互作用可增大激光能量吸收效率，提升异种金属焊接接头质量。
[0007]进一步地，所述异种金属焊接接头类型为对接、搭接或T型接头。
[0008]进一步地，点环激光输出总功率为100W
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3000W，所述点环激光输出总功率为脉冲激光与环状连续激光输出功率的总和，其中脉冲激光输出功率为0W
‑
1000W。
[0009]进一步地，焊接速度为0.5
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3m/min。
[0010]进一步地，所述异种金属焊接接头类型为对接接头或T型接头时，点环激光中心偏向低熔点金属一侧，偏移量为0
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5mm。
[0011]进一步地，所述脉冲激光包括但不限于纳秒激光、皮秒激光和飞秒激光中的任一种，所述环状连续激光包括但不限于气体激光、半导体激光、碟片激光和光纤激光中的任一种。
[0012]进一步地，两个待焊异种金属工件包括但不限于铝
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钢、铝
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镁、镁
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钢、钢
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钛、钢
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铜、铝
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铜中的任一种。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种实现如第一方面所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法的输出结构，包括：多个连续激光传输光纤、一个脉冲激光传输光纤、光纤耦合器和点环激光传输光纤；
[0014]所述多个连续激光传输光纤环绕所述一个脉冲激光传输光纤；
[0015]所述光纤耦合器用于将所述多个连续激光传输光纤和一个脉冲激光传输光纤耦合进所述点环激光传输光纤；
[0016]所述点环激光传输光纤为内外双包层波导结构，内部纤芯传输脉冲激光，外部光纤包层传输连续激光，端部输出脉冲
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连续复合点环激光。
[0017]第三方面，本专利技术提供了一种实现如第一方面所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法的输出结构，包括：环状连续激光传输光纤和单向全透全反镜；
[0018]环状连续激光通过所述环状连续激光传输光纤入射到所述单向全透全反镜的全反射面上，形成反射光束；脉冲激光入射到所述单向全透全反镜的全透射面上，形成透射光束；所述反射光束和透射光束合束形成脉冲
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连续复合点环激光；
[0019]其中，脉冲激光与环状连续激光几何中心重合。
[0020]第四方面，本专利技术提供了一种实现如第一方面所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法的输出结构，包括：振镜和单向全透全反镜；
[0021]点状连续激光通过所述振镜实现环状连续激光输出，所述环状连续激光入射到所述单向全透全反镜的全反射面上，形成反射光束；脉冲激光入射到所述单向全透全反镜的全透射面上，形成透射光束；所述反射光束和透射光束合束形成脉冲
‑
连续复合点环激光；
[0022]其中，脉冲激光与环状连续激光几何中心重合。
[0023]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0024](1)相比于现有脉冲
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连续激光复合后本质上仍然是点状激光，本专利技术通过点环模式将脉冲激光与连续激光进行复合输出，输出的点环激光由内部脉冲激光及外部环状连续激光组成，从而实现两类光源在时域上连续但在空间上解耦，避免互相干扰的同时，充分利用脉冲激光可调节性好以及连续激光输出功率范围宽的性能，增强相互协同性能。
[0025](2)本专利技术通过外部环状连续激光辅助熔化金属材料形成熔池，使内部脉冲激光更容易形成稳定匙孔，可增加激光能量吸收效率，大幅度提高焊接熔深，突破单一脉冲激光焊接时可焊板厚的尺寸限制。
[0026](3)本专利技术通过调节脉冲激光实现对熔池中熔流和熔质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，其特征在于，该方法在焊接过程中，将脉冲激光与环状连续激光复合成点环激光作用到工件表面上形成焊接熔池，通过外部环状连续激光提高焊接熔深，通过内部脉冲激光调控熔池流场和焊缝金属间化合物比例；脉冲
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连续激光相互作用可增大激光能量吸收效率，提升异种金属焊接接头质量。2.根据权利要求1所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，其特征在于，所述异种金属焊接接头类型为对接、搭接或T型接头。3.根据权利要求1所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，其特征在于，点环激光输出总功率为100W
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3000W，所述点环激光输出总功率为脉冲激光与环状连续激光输出功率的总和，其中脉冲激光输出功率为0W
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1000W。4.根据权利要求1所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，其特征在于，焊接速度为0.5
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3m/min。5.根据权利要求1所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，其特征在于，所述异种金属焊接接头类型为对接接头或T型接头时，点环激光中心偏向低熔点金属一侧，偏移量为0
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5mm。6.根据权利要求1所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，其特征在于，所述脉冲激光包括但不限于纳秒激光、皮秒激光和飞秒激光中的任一种，所述环状连续激光包括但不限于气体激光、半导体激光、碟片激光和光纤激光中的任一种。7.根据权利要求1所述的脉冲
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连续复合的点环激光焊接异种金属方法，其特征在于，两个待焊异种金属工件包括但不限于铝
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钢、铝
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镁、镁

【专利技术属性】
技术研发人员：岑岭，高明，龚梦成，姜来合格，赵苏宁，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：