用于通过焊接将一个或多个金属工件连接起来的ＣＯ↓［２］型激光焊接法，其中在待焊接的所述工件的顶面上使用第一保护气体；在待焊接的所述工件的背面上使用第二保护气体，所述第二保护气体为由与第一保护气体成分不同的成分组成的气体；通过至少从所述工件的顶面输送的激光束产生全焊透焊接接头；并且在产生接头的步骤期间在背面上第二保护气体中形成等离子体，所述在背面上的等离子体有助于产生所述焊接接头。该方法用于焊接适于用在造船厂中的平板，或导管或管道的纵向边缘等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光焊接或者激光/电弧复合焊接法，该焊接法用于一个或多个金属工件，特别用于适于用在造船厂中的平板、导管或管道的纵向边缘或者可用在汽车工业中的特制坯件的制造。
技术介绍
激光束焊接是一种很有效的焊接方法，与其它较常用的方法如电弧焊接相比，它允许实现很高的焊接速度和很大的焊透(熔透)深度。这种性能是由于当用一个或多个镜面或透镜将激光束聚集到一个或多个待焊接工件上时所包含的高功率密度而获得的。这是因为该高激光功率密度在该工件(或该多个工件)的表面上造成大量的蒸发，该蒸发在朝外部缓和(relaxing)时使焊池逐渐变空，即所谓的“火箭效应(rocket effect)”，并导致板件的厚度中出现蒸汽毛细管(vapour capillary)或“钥孔”。该毛细管允许能量直接积存在板件的中心中，这与其中主要通过热传递进行熔化的较常用方法相反。通常，毛细管包括金属蒸汽和金属蒸汽等离子体的混合物，其特征在于吸收激光束并因此限制实际的毛细管中的能量。当毛细管出现时，焊接称之为显露焊接(emerging welding)，也就是说，它完全穿过待焊接板件。该过程通过背面上的能量损失完成，因为并非所有激光束功率(能量)都用于熔化板件。因此有一些激光功率穿过板件而传输，板件的厚度越小、激光功率越高且焊接速度越低，穿过板件传输的激光功率越大。此外，激光/电弧复合焊接法是一种结合电孤焊接与激光焊接的焊接方法。这种激光/电弧复合焊接法在文献EP-A-800434、EP-A-1273383、EP-A-1199128、EP-A-1212165、EP-A-1133375、WO-A-03/11516、WO-A-03-43776、WO-A-03/82511、EP-A-1160048、EP-A-1160046、EP-A-1160047和EP-A-1380380中已有具体描述。这种方法的原理是在自耗电极及非自耗电极和待焊接的一个或多个工件之间产生电弧，并且相伴(伴随)地将例如YAG(钇铝石榴石)或CO2型功率激光束聚焦在电弧区域中。这种方法尽管也能由于蒸汽毛细管的出现而达到很高的焊接速度和很大的焊透深度，但还可以使焊接之前的工件定位公差与在单独使用激光焊接中很重要的非常精确的定位相比大大地增加，该重要性是因为在单独使用激光焊接时使用小尺寸的焦斑。在采用CO2型激光发生器的激光/电弧复合焊接和激光焊接中存在的一个问题是产生保护气体的等离子体。这是由于在毛细管中存在的金属蒸汽等离子体可以在给保护气体提供自由电子的同时激发不利于焊接操作的保护气体等离子体的出现，其中，该金属蒸汽等离子体在单独使用激光焊接时是固有的，并且在利用电弧的复合焊接中是增强的。然后，激光束可以被高度或甚至完全吸收，并因此导致焊透深度的大量减小或甚至光束和材料之间的耦合损失和因而焊接过程中的瞬时中断。出现该保护气体等离子体的起点取决于所用的保护气体环和激光束功率及聚焦参数。为了解决该问题，已在文献EP-A-1404482、WO-A-03/57389、EP-A-1371444、EP-A-1371445、EP-A-1371446和EP-A-1375054中提出可以用在利用CO2型激光器的焊接中或用在复合焊接中的气体混合物，这可以防止在顶面上出现该保护气体等离子体。此外，在激光焊接或激光/电弧复合焊接中存在的另一个问题是通常获得的焊道的形状。这是由于这些焊道通常具有构成一主要难题的狭窄焊道根部，因为在相对于接头定位激光束时最微小的不准确性都会导致的焊接缺陷情况下，该狭窄的焊道根部非常难以确保准确地焊接接头。这在所附的图1和2中示出。由此可见，该焊道根部狭窄的问题因此大大限制了激光焊接或复合焊接在工业制造过程中的应用，尤其是当必须焊接中等厚度，即通常为至少1-2mm厚的工件时。因此，本专利技术旨在通过提出一种激光焊接或者激光/电弧复合焊接法而解决该问题，该方法用于获得具有比普通焊道更宽的焊道根部的焊道，并且如果有必要的话用于根据情况向焊道中引入可以有利于形成具有良好性能的金相显微构造的元素，如氧或者氮。
技术实现思路
因此，本专利技术的技术方案是一种用于通过焊接将一个或多个金属工件连接起来的CO2型激光焊接法，其中a)在待焊接的所述工件的顶面上使用第一保护气体；b)在待焊接的所述工件的背面上使用第二保护气体，所述第二保护气体为由与第一保护气体成分不同的成分组成的气体；c)经由利用从所述工件的顶面输送的激光束获得的钥孔而产生全焊透焊接接头；及在步骤c)过程中，利用至少一些穿过步骤c)中钥孔传输的功率在背面上第二保护气体中产生等离子体，以便使所述等离子体在背面上的保护气体中出现，所述背面上的等离子体有助于产生所述焊接接头。视情况而定，本专利技术的方法可以包括下列特征中的一个或多个。-所述步骤a)和b)同时或相伴进行；-在步骤c)期间，通过从一个或多个工件的顶面输送的激光束在该一个或多个工件的背面上形成钥孔；-所述第一保护气体选自氦、氩及氩/氦、氦/氮、氦/氧、氦/CO2、氦/氩/氧、氦/氩/CO2、氩/氢和氦/氢混合物；-所述第二保护气体选自Ar、Ar/O2、Ar/CO2、CO2、CO2/N2、O2、He/O2、He/CO2、Ar/N2、He/N2和N2；-在所述步骤c)中，还使用电弧，并且利用至少该电弧和激光束在所述待焊接工件之间产生所述焊接接头，所述电弧和激光束通过在所述工件的顶面上相互结合而进行输送；-所述工件由金属材料例如碳钢、锰碳钢、微合金化钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和铝合金制成，所述工件为平板或管件；-所述待焊接工件具有至少为1mm，且优选地至少为2mm的厚度；-该方法选自复合激光/TIG(钨极电弧惰性气体保护焊)或者激光/MIG(金属焊丝惰性气体保护焊)法；-在所述步骤d)中获得的焊接接头在所述背面上具有至少为2mm的宽度。在本专利技术的上下文中-术语“CO2型激光束”理解为指由CO2型激光发生器产生的激光束；-术语“顶面”理解为指一个或多个待焊接工件的位于直接面对激光或复合激光焊接头的侧面，该侧面首先接受激光束和/或电弧的冲击，即对应于一个或多个待焊接板件的上表面的侧面；-术语“背面”理解为指一个或多个工件的与顶面相对的侧面，即对应于一个或多个待焊接板件的下表面的侧面；及-术语“钥孔”理解为指由金属蒸汽和金属蒸汽等离子体形成并允许激光束的能量直接积存在待焊接板件的中心中的毛细管，该“钥孔”通过激光的高功率密度产生。换句话说，根据本专利技术，合适地使用穿过钥孔传输(并因此在先有方法中常常损失)的功率以使得在背面上即板件下方的合适的保护气体中出现等离子体，该气体与顶面上即板件上方的保护气体不同，并因此在待焊接工件下方输送剩余的能量以增加背面上的焊道的宽度。附图说明根据下面参照附图所进行的说明，将较清楚地理解本专利技术，其中-图1a示出根据先有技术利用功率为10.4KW的CO2型激光束进行的焊接的宏观照片，其中，钢工件的厚度为5mm，焊接速度为7mm/min，氦作为顶面上的气体，并且激光聚焦在待焊接工件的表面上；-图1b示出在与图1a相同的条件下获得的宏观照片，但焊接速度为3.5m/min；-图1c示出在与图1a相同的条件下获得的宏观照片，但焊接速度为2.5mm/本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于通过焊接将一个或多个金属工件连接起来的ＣＯ↓［２］型激光焊接法，其中：ａ）在待焊接的所述工件的顶面上使用第一保护气体；ｂ）在待焊接的所述工件的背面上使用第二保护气体，所述第二保护气体为由与第一保护气体成分不同的成分组成的 气体；ｃ）经由利用从所述工件的顶面输送的激光束获得的钥孔而产生全焊透焊接接头；及ｄ）在步骤ｃ）过程中，利用至少一些穿过步骤ｃ）中钥孔传输的功率在背面上第二保护气体中产生等离子体，以便使所述等离子体在背面上的保护气体中出现，所 述背面上的等离子体有助于产生所述焊接接头。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：F白里安，P勒菲弗，O都贝，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]
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