【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接领域，具体涉及一种激光填丝焊的装置和焊接方法。
技术介绍
1、激光填丝焊是一种使用激光能量熔化填充用焊丝，同时激光能量使材料本体熔化，熔化的焊丝和材料本体混合形成熔池、冷却凝固形成焊缝的焊接方法。在实际应用中，焊接组合开始和结束位置通常位于工件边部，而激光束作用在上述两处位置时，由于熔池流动和缺乏补充，通常造成边部出现缺口，对焊接件后续加工和使用带来问题。尤其是在薄板对接拼焊应用场景中，容易出现首尾填充不足形成的较大缺口，比如汽车行业激光拼焊板，出现焊缝端部缺口会提高后续冲压过程中零件发生开裂的风险。在基体强度较低的钢板中，由于焊缝相变硬化使焊缝强度处于较高水平，通常直接激光拼焊可以满足使用要求；但是基体强度较高的钢板中，比如1200mpa及以上的高强度钢，其拼焊焊缝存在淬硬倾向，容易造成开裂，当缺口存在时，会加剧开裂风险。又比如热成形钢，其在热冲压之后的基体强度可达1500mpa，焊缝端部缺口也会造成冲压或者后续使用中焊缝的开裂，尤其是热成形钢，缺口可能成为氢脆开裂的薄弱位置，不利于长时间存储。在实际应用中，通常对缺口部位的焊缝进行切除处理，这也是汽车行业激光切割的一个重要应用领域，即对热冲压零件进行包括拼焊首尾部位的切割去除。此外，当热压成形钢表面有铝或铝基镀层时，影响更甚，因为镀层本身的存在增加了获得合格焊缝成形和焊缝强度的难度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种激光填丝焊装置和焊接方法，以实现焊缝首尾部位的有效填充，避免产生缺口等缺陷，使焊缝
2、本专利技术的激光填丝焊装置具有以下特征：
3、包括连接激光源并输出激光束的激光头、连接送丝机构并输出焊丝的导丝头，所述激光头输出激光束和所述导丝头输出焊丝的位置和时间通过反馈调节系统控制，所述反馈调节控制过程包括：
4、在待焊工件的焊接开始位置前方xm处，所述激光头提前输出激光束、所述导丝头以速度v1提前输出焊丝，且使所述激光束作用在所述焊丝上，直至达到待焊工件的焊接开始位置x1处；所述导丝头以速度v0输出焊丝，直至达到待焊工件的焊接结束位置x2处；所述导丝头以速度v2输出焊丝，所述激光头继续输出激光束，使所述激光束作用在所述焊丝上，直至到达待焊工件的焊接结束位置后方xn处；
5、xm到x1的距离s1满足如下关系：s1＝(3.5～5.5)*v0*d/π*r2*v1；
6、x2到xn的距离s2满足如下关系：s2＝(2.5～4.5)*v0*d/π*r2*v2；
7、上述关系式中，d是待焊工件组合的平均板厚，其范围是1.0～3.2mm；r是使用焊丝的半径，其范围是0.4～0.8mm；
8、优选的，所述焊丝输出速度v0、v1和v2满足如下关系：
9、v1＝(0.4～0.8)*v0，v2＝(0.4～0.8)*v0。
10、在一优选例中，在开始焊接位置之前，所述激光头提前输出激光束和所述导丝头提前输出焊丝的时间是0.1～0.5s；在焊接结束位置之后，所述激光头滞后输出激光束和所述导丝头滞后输出焊丝的时间是0.1～0.5s。
11、在另一优选例中，激光填丝焊装置还包括位移调节机构，所述位移调节机构根据待焊工件板厚情况以及对激光束离焦和聚焦的要求调节激光头的位置；随后调节导丝头的位置，使输出焊丝的端部在接触待焊工件在上表面时，位于激光束作用在待焊工件在上表面的光斑中。
12、在又一优选例中，激光填丝焊装置还包括检测机构，所述检测机构提前检测待焊工件组合的板厚、开始和结束焊接位置，以及激光头与待焊工件在上表面的相对距离，检测数据反馈于位移调节机构进行激光头与导丝头的位置调节；反馈于控制系统进行激光束与焊丝提前或滞后输出的调节。
13、一种激光填丝焊接方法，包括如下步骤：
14、在焊接控制系统输入激光参数，包括激光束离焦量；
15、输入待焊工件组合的板厚数据，或者通过检测机构获得板厚数据；
16、检测机构提前检测焊接开始位置，并计算焊接开始位置前方xm处；
17、激光束在xm处输出，同时焊丝以速度v1输出，使所述激光束作用在所述焊丝上，直至达到待焊工件的焊接开始位置x1处；
18、焊丝以速度v0输出，所述激光束部分作用于焊丝，部分作用于待焊工件，直至达到待焊工件的焊接结束位置x2处；
19、焊丝以速度v2输出，所述激光束作用在所述焊丝上，直至到达待焊工件的焊接结束位置后方xn处；
20、在上述过程中，激光束与待焊工件以焊接速度v保持相对运动；
21、xm到x1的距离s1满足如下关系：s1＝(3.5～5.5)*v0*d/π*r2*v1；
22、x2到xn的距离s2满足如下关系：s2＝(2.5～4.5)*v0*d/π*r2*v2；
23、上述关系式中，d是待焊工件组合的平均板厚，r是使用焊丝的半径；
24、优选的，所述焊丝输出速度v0、v1和v2满足如下关系：
25、v1＝(0.4～0.8)*v0，v2＝(0.4～0.8)*v0。
26、在一优选例中，所述待焊工件组合是对接拼焊组合，其对接板平均板厚d的范围是1.0～3.2mm；使用焊丝半径r的范围是0.4～0.8mm。
27、在另一优选例中，所述待焊工件的基体或者经过热处理之后的基体抗拉强度不小于1200mpa，基体表面有铝或者铝基镀层，所述待焊工件以对接形式进行拼焊，所述焊丝中合金元素质量百分数含量至少满足以下关系：0.1％<c<0.2％<si<1.2％<mn<3％<ni，2％<cr+mo<4％和8％<cr+mo+ni<15％；在未设置拼焊间隙的对接拼焊中所述送丝速度v0与焊接速度v以及待焊工件组合平均板厚d的数值满足关系：v0＝(0.8～1.1)*(d-0.8)*v。
28、优选的，所述焊丝中合金元素质量百分数含量同时还包括：0.5％～1.5％的cu，0.05％～0.1％的ti和0.001％～0.006％的nb、w、b、v中的多种或全部；p、s的含量均控制在0.008％以内。
29、本专利技术具有以下技术效果：1)解决板料边部焊接开始和结束位置，由于材料缺失导致的塌陷、缺口等填充不足问题；2)解决汽车激光拼焊板位于薄板边部的焊缝端部，即焊接开始和结束位置，容易出现的焊缝长度方向的缺失或者对接两板的不连续连接，确保焊缝整体的连续均匀有效连接，避免焊缝冲压过程出现头尾引起的开裂；3)采用本专利技术技术方案提供的焊丝和填丝比例(不同板厚送丝速度与焊接速度比例参数)实现1200mpa及以上超高强度钢，包括带铝或铝基镀层的热压成形钢对接拼焊焊缝开头和结尾获得良好成形，以及保证在无间隙对接时焊缝的余高要求满足工业需求；同时实现对镀层铝元素不利作用的抑制，满足接头强度要求，即拉伸接头断本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光填丝焊装置，包括连接激光源并输出激光束的激光头、连接送丝机构并输出焊丝的导丝头，所述激光头输出激光束和所述导丝头输出焊丝的位置和时间通过反馈调节系统控制，所述反馈调节控制过程包括：
2.根据权利要求1所述的激光填丝焊装置，其特征在于，所述焊丝输出速度V0、V1和V2满足如下关系：V1＝(0.4～0.8)*V0，V2＝(0.4～0.8)*V0。
3.根据权利要求1所述的激光填丝焊装置，其特征在于，在焊接开始位置X1之前，所述激光头提前输出激光束和所述导丝头提前输出焊丝的时间是0.1～0.5s；在焊接结束位置X2之后，所述激光头滞后输出激光束和所述导丝头滞后输出焊丝的时间是0.1～0.5s。
4.根据权利要求1所述的激光填丝焊装置，其特征在于，还包括位移调节机构，所述位移调节机构根据待焊工件板厚情况以及对激光束离焦的要求调节激光头的位置；随后调节导丝头的位置，使输出焊丝的端部在接触待焊工件在上表面时，位于激光束作用在待焊工件在上表面的光斑中。
5.根据权利要求1或4所述的激光填丝焊装置，其特征在于，还包括检测机构，所述检测机
6.一种激光填丝焊接方法，其特征在于，步骤包括：
7.根据权利要求6所述激光填丝焊方法，其特征在于，所述焊丝输出速度V0、V1和V2满足如下关系：V1＝(0.4～0.8)*V0，V2＝(0.4～0.8)*V0。
8.根据权利要求6所述激光填丝焊方法，其特征在于，所述待焊工件组合是对接拼焊组合，其对接板平均板厚D的范围是1.0～3.2mm；使用焊丝半径r的范围是0.4～0.8mm。
9.根据权利要求6～8所述激光填丝焊方法，其特征在于，所述待焊工件的基体或者经过热处理之后的基体抗拉强度不小于1200MPa，基体表面有铝或者铝基镀层，所述待焊工件以对接形式进行拼焊，所述焊丝中合金元素质量百分数含量至少满足以下关系：0.1％<C<0.2％<Si<1.2％<Mn<3％<Ni，2％<Cr+Mo<4％和8％<Cr+Mo+Ni<15％；在未设置拼焊间隙的对接拼焊中所述送丝速度V0与焊接速度V以及待焊工件组合平均板厚D的数值满足关系：V0＝(0.8～1.1)*(D-0.8)*V。
10.根据权利要求9所述的焊丝，其特征在于，所述焊丝中合金元素质量百分数含量同时还包括：0.5％～1.5％的Cu，0.05％～0.1％的Ti和0.001％～0.006％的Nb、W、B、V中的多种或全部。
...【技术特征摘要】
1.一种激光填丝焊装置，包括连接激光源并输出激光束的激光头、连接送丝机构并输出焊丝的导丝头，所述激光头输出激光束和所述导丝头输出焊丝的位置和时间通过反馈调节系统控制，所述反馈调节控制过程包括：
2.根据权利要求1所述的激光填丝焊装置，其特征在于，所述焊丝输出速度v0、v1和v2满足如下关系：v1＝(0.4～0.8)*v0，v2＝(0.4～0.8)*v0。
3.根据权利要求1所述的激光填丝焊装置，其特征在于，在焊接开始位置x1之前，所述激光头提前输出激光束和所述导丝头提前输出焊丝的时间是0.1～0.5s；在焊接结束位置x2之后，所述激光头滞后输出激光束和所述导丝头滞后输出焊丝的时间是0.1～0.5s。
4.根据权利要求1所述的激光填丝焊装置，其特征在于，还包括位移调节机构，所述位移调节机构根据待焊工件板厚情况以及对激光束离焦的要求调节激光头的位置；随后调节导丝头的位置，使输出焊丝的端部在接触待焊工件在上表面时，位于激光束作用在待焊工件在上表面的光斑中。
5.根据权利要求1或4所述的激光填丝焊装置，其特征在于，还包括检测机构，所述检测机构提前检测待焊工件组合的板厚、焊接开始和结束位置，以及激光头与待焊工件在上表面的相对距离，检测数据反馈于位移调节机构进行激光头与导丝头的位置调节；反馈于控制系统进行激光束与焊丝提前或滞后输出的调节。
...【专利技术属性】
技术研发人员：陶武，杨上陆，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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