本发明专利技术公开了一种厚板激光超音速粉末焊接方法及装置，在两待加工件的待焊接部位加工坡口，并将两待焊接坡口按焊接关系相对定位；设置至少一束烧结光斑，所述烧结光斑照射所述两待加工件坡口底部的待焊接区；设置一超音速载粉气流，将所载粉末送到所述烧结光斑在所述两待加工件坡口底部形成的照射区；同步开启所述超音速载粉气流及所述烧结光斑；并使其同步相对所述待加工件移动，用所述烧结光斑烧结所述超音速载粉气流所载粉末填充所述坡口。本发明专利技术通过超音速气流送粉，实现粉末的定向远距离输送，并用激光直接同步烧结，同时通过超音速粉末自身动能，夯实焊缝，提高焊接强度。提高焊接强度。提高焊接强度。
【技术实现步骤摘要】
厚板激光超音速粉末焊接方法及装置
[0001]本专利技术属于激光焊接领域，特别涉及一种厚板激光超音速粉末焊接方法及装置。
技术介绍
[0002]厚板焊接在工业生产中有大量的需求，板越厚焊接的难度越大。由于激光能量密度高、具有优良的传输及聚焦特性等特点，使得激光焊接变形小、热输入小、热影响区窄，用激光焊接厚板相较其它技术会有很多优势。目前激光焊接厚板的一种方法是用激光作为热源熔化焊丝通过多层堆焊进行厚板焊接。但是，在实际的应用中发现，激光填丝焊接铝合金厚板时极易出现未熔合、焊接气孔率高及送丝稳定性差等问题。激光厚板焊接的第二种方法是采用粉末作为填充料的厚板焊接技术，分为两种，其中一种粉末焊接技术是预铺粉焊接法，它利用送粉管近距离地将粉末提前送到焊接处，然后用激光烧结，反复多层实现厚板焊接，如申请号为202011437804.X的中国专利申请。这种方法由于粉末靠重力附着在焊接处，只能应用在焊缝处于水平放置的情况，此外，粉末熔接过程还会将一定的气体锁闭在焊缝中，形成气孔，影响焊接质量。另一种粉末焊接方法是同步粉末焊接法，它直接同步将粉末送入光束照射的焊接区，如申请号为201511027899.7的中国专利申请。与前一种方法相比，焊接方向可以变化，但是，由于送粉气流的定向性差，这种方法的焊接厚度受限，粉末熔接过程还会将一定的气体锁闭在焊缝中，形成气孔，影响焊接质量。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种厚板激光超音速粉末焊接方法及装置，以克服现有技术中存在的问题，本专利技术通过超音速气流送粉，实现粉末的定向远距离输送，并用激光直接同步烧结，同时通过超音速粉末自身动能，夯实焊缝，提高焊接强度。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种厚板激光超音速粉末焊接方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：在两待加工件的待焊接部位加工坡口，并将两待焊接坡口按焊接关系相对定位；
[0007]步骤2：设置至少一束烧结光斑，所述烧结光斑照射所述两待加工件坡口底部的待焊接区；
[0008]步骤3：设置一超音速载粉气流，将所载粉末送到步骤2所述烧结光斑在所述两待加工件坡口底部形成的照射区；
[0009]步骤4：同步开启所述超音速载粉气流及所述烧结光斑；并使其同步相对所述待加工件移动，用所述烧结光斑烧结所述超音速载粉气流所载粉末填充所述坡口。
[0010]进一步地，在所述步骤3之前，移动所述烧结光斑，熔焊所述两待加工件坡口底部接触区域的缝隙。
[0011]进一步地，所述超音速载粉气流方向垂直于所述两待加工件坡口底部接触区域缝隙的走向；所述烧结光斑与所述超音速载粉气流方向之间形成小于15度的预设夹角。
[0012]一种厚板激光超音速粉末焊接装置，包括一个超音速送粉喷嘴及至少一套烧结光斑光学系统；所述超音速送粉喷嘴射出的超音速载粉气流与所述烧结光斑光学系统射出的烧结光斑在空间相交。
[0013]进一步地，当烧结光斑光学系统大于一套时，各个烧结光斑光学系统的光轴等角间距设置在以所述超音速送粉喷嘴的轴线为中心轴线的圆锥面上。
[0014]进一步地，当烧结光斑光学系统大于一套时，各个烧结光斑光学系统的光轴等角间距设置在以所述超音速送粉喷嘴的轴线为中心轴线的圆柱面上；且每个所述烧结光斑光学系统配套设置一个光轴偏转装置；所述偏转装置将所对应烧结光斑光学系统的光轴偏向所述超音速送粉喷嘴的轴线。
[0015]进一步地，所述烧结光斑光学系统包括中心带有通孔的聚焦镜头和至少一个准直镜头；所述超音速送粉喷嘴穿过所述中心带有通孔的聚焦镜头；所述准直镜头设置在所述超音速送粉喷嘴周边，所述准直镜头输出的光通过聚焦镜头后与所述超音速送粉喷嘴输出的超音速载粉气流在空间交会。
[0016]进一步地，所述烧结光斑光学系统各自对应至少一个独立的光源。
[0017]进一步地，所述烧结光斑光学系统的光来自同一个光源的分光系统。
[0018]进一步地，所述超音速送粉喷嘴的轴线与所述烧结光斑光学系统产生的光斑的轴线之间形成小于15度的预设夹角。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术方法相比预铺粉焊接方法，可以在任意方向实施粉末焊接，因而可以实现工程现场焊接；相比同步送粉方法，通过超音速气流送粉，实现粉末的定向远距离输送，可以用于厚板，甚至200毫米以上厚板的焊接。此外，超音速粉末自身动能的引入可以大幅降低焊接气孔，提高焊接质量。
[0021]本专利技术提出的焊接装置，可以实现光内送粉，能更好的实现烧结均匀性，烧结均匀性的提高可以采用大的烧结光斑，从而提高烧结效率。
[0022]进一步地，可以根据需要灵活采用单光源和多光源，采用多光源可以灵活构建复杂结构光斑，还可以大幅降低设备成本，特别是，目前采用作为光纤激光器的泵浦源的光纤耦合半导体模块，具有寿命长、发光效率高级成本低的优势。
附图说明
[0023]说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0024]图1为本专利技术提出的厚板激光超音速粉末焊接方法的一种采用两束光斑的结构示意图，(a)与(b)分别给出了两个正交方向上的示意图。
[0025]图2为本专利技术提出的一种三套烧结光斑光学系统的轴线等角间距位于以超音速送粉喷嘴轴线为中心的圆锥面上的厚板激光超音速粉末焊接设备的实施结构示意图。
[0026]图3为本专利技术提出的一种采用二套烧结光斑光学系统的轴线等角间距位于以超音速送粉喷嘴轴线为中心的圆锥面上的厚板激光超音速粉末焊接设备的实施结构示意图。
[0027]图4为本专利技术提出的一种采用二套烧结光斑光学系统的轴线等角间距位于以超音速送粉喷嘴轴线为中心的圆柱面上的厚板激光超音速粉末焊接设备的实施结构示意图。
[0028]图5为本专利技术提出的采用由中心带有通孔的聚焦镜头和两个准直镜头组成的烧结光斑光学系统的厚板激光超音速粉末焊接设备的实施结构示意图。
[0029]其中：ZFQL表示超音速载粉气流；SJGB1、SJGB2和SJGB3分别表示第一烧结光斑、第二烧结光斑和第三烧结光斑；DJGJ1和DJGJ2分别表示第一待加工件和第二待加工件；PK1和PK2分别表示第一坡口(位于第一待加工件DJGJ1上)和第二坡口(位于第二待加工件DJGJ2上)；PKJCQ表示第一坡口PK1和第二坡口PK2的接触区；SJGXXT1、SJGXXT2和SJGXXT3分别表示第一烧结光斑光学系统、第二烧结光斑光学系统和第三烧结光斑光学系统；SJGY表示烧结光源；SJGYZ1、SJGYZ2和SJGYZ3分别表示第一烧结光源组、第二烧结光源组和第三烧结光源组；FSJ表示分束镜；ZZGXXT表示准直光学系统；FSJ表示反射镜；SFPZ表示超音速送粉喷嘴；GX1、GX2分别表示第一光楔和第二光楔；JJJT表示聚焦镜头；ZZJT1、ZZJT2分本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种厚板激光超音速粉末焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在两待加工件的待焊接部位加工坡口，并将两待焊接坡口按焊接关系相对定位；步骤2：设置至少一束烧结光斑，所述烧结光斑照射所述两待加工件坡口底部的待焊接区；步骤3：设置一超音速载粉气流，将所载粉末送到步骤2所述烧结光斑在所述两待加工件坡口底部形成的照射区；步骤4：同步开启所述超音速载粉气流及所述烧结光斑；并使其同步相对所述待加工件移动，用所述烧结光斑烧结所述超音速载粉气流所载粉末填充所述坡口。2.根据权利要求1所述的一种厚板激光超音速粉末焊接方法，其特征在于，在所述步骤3之前，移动所述烧结光斑，熔焊所述两待加工件坡口底部接触区域的缝隙。3.根据权利要求1所述的一种厚板激光超音速粉末焊接方法，其特征在于，所述超音速载粉气流方向垂直于所述两待加工件坡口底部接触区域缝隙的走向；所述烧结光斑与所述超音速载粉气流方向之间形成小于15度的预设夹角。4.一种厚板激光超音速粉末焊接装置，其特征在于，包括一个超音速送粉喷嘴及至少一套烧结光斑光学系统；所述超音速送粉喷嘴射出的超音速载粉气流与所述烧结光斑光学系统射出的烧结光斑在空间相交。5.根据权利要求4所述的一种厚板激光超音速粉末焊接装置，其特征在于，当烧结光斑光学系统大于一套时，各个烧结光斑光学系统的光轴等角间距设置在以所述超音速送粉喷嘴的轴线为中...
【专利技术属性】
技术研发人员：方强，方笑尘，
申请(专利权)人：方强，
类型：发明
国别省市：
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