一种铝合金薄板上圆环焊缝的激光焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金薄板上圆环焊缝的激光焊接方法，S1：采用砂纸或钢刷打磨焊接面去除焊接面表面氧化层；S2：将预制补片放置于铝合金薄板圆形缺陷中并压平预制补片；S3：设置调整激光器输出激光的功率、下降沿形态和持续时间；S4：将焊接头对准预制补片，使指示光圆环形光斑与需要焊接的环形焊缝重叠；S5：打开气管，通入保护气体；S6：开启激光器，使激光器输出功率遵循步骤S3中设定的波形曲线，熔透预制补片与铝合金薄板圆形缺陷之间的缝隙，一次性完成环形焊缝的焊接。本发明专利技术采用高功率连续激光器，通过调节激光输出的波形，控制下降沿的形态，延长冷却时间、降低冷却速率，用一个圆环形激光一次性完成圆形补片的环缝焊接。圆环形激光一次性完成圆形补片的环缝焊接。圆环形激光一次性完成圆形补片的环缝焊接。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金薄板上圆环焊缝的激光焊接方法


[0001]本专利技术涉及铝合金加工领域，尤其是铝合金薄板上圆环焊缝的激光焊接装置及焊接方法。

技术介绍

[0002]铝合金薄板的激光焊接一直是工程上的难题，主要原因在于：(1)常用的可加工铝合金，特别是高强铝合金，绝大多数都是经过热处理的具有复杂析出强化相的变形铝合金，在激光焊接过程中，这些析出相再次熔化，在快速凝固条件下，很容易产生裂纹，焊缝质量难以保证；(2)铝合金导热率很高，特别是对3mm以下薄板上圆形孔洞的补片焊接，连续激光沿圆形补片边缘的扫描式焊接很容易引起薄板和补片的变形。
[0003]针对上述问题，文献[M.Sheikhi,F.M.Ghaini,H.Assadi,Prediction of solidification cracking in pulsed laser welding of 2024aluminum alloy,Acta Materialia,2015,82:491
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502]提出用脉冲激光进行焊接，并提出热裂纹敏感指数来判断焊接过程产生裂纹的可能性。由于脉冲激光可以通过调节脉冲波形的下降沿来延长冷却时间、降低冷却速率、促进铝液的流动，因此，与矩形脉冲激光相比，具有斜坡式或台阶式下降沿的脉冲激光在焊接铝合金时，热裂纹敏感指数较低，焊接质量也比较好。但是，脉冲激光焊接需要多脉冲重叠才能完成整个焊缝的焊接，对于薄板上的圆环焊缝，这种工艺仍然难以克服薄板和补片的变形问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术需要解决的技术问题是提供铝合金薄板上圆环焊缝的激光焊接方法，采用高功率连续激光器，通过调节激光输出的波形，控制下降沿的形态，延长冷却时间、降低冷却速率，用一个圆环形激光一次性完成圆形补片的环缝焊接。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]铝合金薄板上圆环焊缝的激光波形调制焊接方法，包括如下步骤：
[0007]S1：采用砂纸或钢刷打磨焊接面直至去除焊接面表面氧化层，所述焊接面包括待修补的铝合金薄板圆形缺陷侧壁、预制补片的薄边侧面、预制补片的凸台所形成的圆环下表面及预制补片的凸台侧面；
[0008]S2：将预制补片放置于铝合金薄板圆形缺陷中并压平预制补片，使预制补片与圆形缺陷所在的铝合金薄板平面平齐；
[0009]S3：设置、调整激光器输出激光的功率、下降沿形态和持续时间，激光器输出的功率由激光器输出波形调制，激光器输出激光的最高功率维持在一个恒定的功率平台，功率平台下所围的面积为激光器输出激光的能量且激光器输出激光的能量大于熔化焊缝金属所需要的能量，激光波形下降沿时间大于激光器输出激光的最高功率持续时间；
[0010]S4：将焊接头对准预制补片，打开指示光，使指示光圆环形光斑与需要焊接的环形焊缝重叠；
[0011]S5：打开气管，通入保护气体；
[0012]S6：开启激光器，使激光器输出功率遵循步骤S4中设定的波形曲线，熔透预制补片与铝合金薄板圆形缺陷之间的缝隙，一次性完成环形焊缝的焊接。
[0013]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S4中激光器输出下降沿形态采用斜线式或台阶数量不超过10个的台阶式任一种形态。
[0014]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S4中激光器输出激光的功率、下降沿形态和持续时间均可独立调节。
[0015]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S4中激光器采用红外波段的光纤激光器、蓝光波段的光纤激光器或绿光波段的光纤激光器中任一种，所述红外波段的光纤激光器的波长为850
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1064nm，所述蓝光波段的光纤激光器的波长为445
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450nm，所述绿光波段的光纤激光器的波长为532
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556nm。
[0016]由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：
[0017]1、本专利技术采用高功率连续激光器，激光器输出激光的能量大于熔化焊缝金属所需要的能量，激光波形下降沿时间大于激光器输出激光的最高功率持续时间，通过调节激光输出的波形，控制下降沿的形态，延长冷却时间、降低冷却速率，用一个圆环形激光一次性完成圆形补片的环缝焊接，克服了现有技术中铝合金薄板和预制补片的变形问题；
[0018]2、本专利技术激光器输出激光的功率、下降沿形态和持续时间均可独立调节，操作人员可根据实际情况进行调节；
[0019]3、本专利技术预制补片的厚度等于铝合金薄板的厚度，预制补片薄边作用是防止安装时预制补片陷入铝合金薄板圆形缺陷内部，预制补片凸台直径等于铝合金薄板圆形缺陷直径是为了填满铝合金薄板圆形缺陷；
[0020]4、本专利技术的预制补片凸台侧边设置的环形凹槽，用于镶嵌专用铝合金焊丝，降低热裂倾向系数，提高焊缝质量；
[0021]5、本专利技术激光焊接头通入保护气体，从正面保护焊缝金属不被氧化。
附图说明
[0022]图1是本专利技术焊接装置整体结构示意图；
[0023]图2是本专利技术第一种预制补片结构示意图；
[0024]图3是本专利技术第二种预制补片结构示意图；
[0025]图4是本专利技术带有圆形缺陷的铝合金薄板示意图；
[0026]图5是本专利技术预制补片安装示意图；
[0027]图6是本专利技术实施例1中斜线式下降沿示意图；
[0028]图7是本专利技术实施例2中台阶式下降沿示意图；
[0029]其中，1、激光器，2、光纤接口，3、焊接头，4、进气口，5、气管，6、铝合金薄板，7、预制补片，8、铝合金焊丝。
具体实施方式
[0030]下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明：
[0031]本专利技术针对厚度小于3mm的铝合金薄板圆形孔洞的圆形补片环缝焊接问题，提出
采用高功率连续激光器，通过调节激光输出的波形，控制下降沿的形态，延长冷却时间、降低冷却速率，用一个圆环形激光一次性完成圆形补片的环缝焊接。具体技术方案如下：
[0032]如图1至图5所示，
[0033]本专利技术所提供的铝合金薄板上圆环焊缝的激光波形调制焊接方法，包括如下步骤：
[0034]S1：采用砂纸或钢刷打磨焊接面直至去除焊接面表面氧化层，所述焊接面包括待修补的铝合金薄板圆形缺陷侧壁、预制补片的薄边侧面、预制补片的凸台所形成的圆环下表面及预制补片的凸台侧面；
[0035]S2：将预制补片7放置于铝合金薄板6圆形缺陷中并压平预制补片7，使预制补片7与圆形缺陷所在的铝合金薄板6平面平齐；
[0036]S3：设置、调整激光器1输出激光的功率、下降沿形态和持续时间，激光器1输出激光的功率、下降沿形态和持续时间均可独立调节，操作人员可根据实际情况进行调节。激光器1采用红外波段的光纤激光器、蓝光波段的光纤激光器或绿光波段的光纤激光器中任一种，所述红外波段的光纤激光器的波长为850
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1064nm，所述蓝光波段的光纤激光器的波长为445
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金薄板上圆环焊缝的激光焊接方法，包括如下步骤：S1：采用砂纸或钢刷打磨焊接面直至去除焊接面表面氧化层，所述焊接面包括待修补的铝合金薄板(6)圆形缺陷侧壁、预制补片(7)的薄边侧面、预制补片(7)的凸台所形成的圆环下表面及预制补片(7)的凸台侧面；S2：将预制补片(7)放置于铝合金薄板(6)圆形缺陷中并压平预制补片(7)，使预制补片(7)与圆形缺陷所在的铝合金薄板(6)平面平齐；S3：设置、调整激光器(1)输出激光的功率、下降沿形态和持续时间，激光器(1)输出的功率由激光器(1)输出波形调制，激光器(1)输出激光的最高功率维持在一个恒定的功率平台，功率平台下所围的面积为激光器(1)输出激光的能量且激光器(1)输出激光的能量大于熔化焊缝金属所需要的能量，激光波形下降沿时间大于激光器(1)输出激光的最高功率持续时间；S4：将焊接头(3)对准预制补片(7)，打开指示光，使指示光圆环形光斑与需要焊接的环形焊缝重叠；S5：打开气管(5)，通入保护气体；S6：开启激光器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟令光，李正阳，余行龙，刘二勇，
申请(专利权)人：连云港倍特超微粉有限公司，
类型：发明
国别省市：