激光填絲焊接方法與流程

本發明涉及激光焊接技術領域，尤其涉及一種激光填絲焊接方法。

背景技術：

鋁合金擁有比強度高，抗腐蝕，耐低溫，導熱導電性能好及易于塑性加工等優勢，被廣泛應用于各種焊接結構及產品。激光焊接作為近十幾年發展起來的新技術，與傳統焊接技術相比，具有能量密度高、焊接速度快及易于實現自動化等優勢。但是鋁合金對激光束反射率較高，工件對激光能量的吸收較低，并且容易產生裂紋、氣孔、接頭軟化等缺陷。

激光填絲焊接可解決激光焊接對裝配間隙要求較高的限制，且提高了工件對激光能量的吸收率，同時，通過填充焊絲，可以調整焊縫金屬成分，改善焊縫性能，為鋁合金焊接提供了一種新的解決途徑。

早期，我國受大功率激光器限制，鋁合金激光焊接工藝研究起步較晚，對于鋁合金激光焊接的研究較少，特別是對于薄板的鋁合金激光焊接，大多采用較低功率激光器，在大功率激光填絲焊接方面，研究更少。而對于大工業生產，優質、高效焊接是永遠追求的主題，以前，因為考慮激光器成本，大多采用低功率激光器進行焊接，效率提升有限。近幾年，隨著激光器成本的下降，對高功率激光器焊接工藝的追求也越來越迫切。

技術實現要素：

有鑒于此，為了克服現有技術的缺陷和問題，本發明提供一種激光填絲焊接方法。

一種激光填絲焊接方法，采用的焊接設備包括激光器、送絲機及焊接頭，所述激光器和所述焊接頭通過光纖連接，所述送絲機采用連接法蘭和所述焊接頭連接，所述激光器發出的激光光束通過所述光纖傳導至所述焊接頭進行焊接，所述激光器的功率為5～10KW、焊接速度為7～15m/min、激光束與垂直方向的夾角為0～15°、所述送絲機的送絲角度為45～60°、干伸長為15～20mm、離焦量為-2～2mm、光絲間距為負、焊接頭最大可承受20KW功率的激光。

本發明一較佳實施方式中，母材選用1mm厚6061鋁合金，采用對接焊接方式，激光器功率為6kw、焊接速度為10m/min、激光束與垂直方向的夾角為5°、送絲角度為50°、干伸長為15mm、離焦量為0。

本發明一較佳實施方式中，焊接前對樣件進行焊前清理，清理完后，采用剛性固定于焊接平臺，保留0.1mm的焊接間隙。

本發明一較佳實施方式中，所述焊前清理包括采用砂紙打磨掉樣件的表面氧化層，并采用丙酮清洗樣件的待焊位置。

本發明一較佳實施方式中，焊接時的保護氣體為氬氣或氦氣，并采取背面保護，氣流量均為25L/min。

本發明一較佳實施方式中，焊接時控制焊縫間隙在0～0.3mm之間。

相較于現有技術，本發明提出的激光填絲焊接方法可有效解決薄板鋁合金的焊接問題，改善焊縫成型，降低裝配要求，獲得穩定的焊接過程，利于大工業生產的鋁合金激光填絲焊接。

附圖說明

圖1為激光填絲焊接示意圖。

圖2為采用本發明提供的激光填絲焊接方法進行焊接的鋁合金對接方式的示意圖；

圖3為采用本發明提供的激光填絲焊接方法焊接后的焊縫正面成形效果圖；

圖4為采用本發明提供的激光填絲焊接方法焊接后的焊縫背面成形效果圖。

具體實施方式

為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施方式。以上僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本發明提供一種激光填絲焊接方法，采用的焊接設備包括激光器、送絲機及焊接頭，所述激光器和所述焊接頭通過光纖連接，所述送絲機采用連接法蘭和所述焊接頭連接，所述激光器發出的激光光束通過所述光纖傳導至所述焊接頭進行焊接，所述激光器的功率為5～10KW、焊接速度為7～15m/min、激光束與垂直方向的夾角為0～15°、所述送絲機的送絲角度為45～60°、干伸長為15～20mm、離焦量為-2～2mm、光絲間距為負、所述焊接頭最大可承受20KW功率的激光，如圖1所示。

本實施例中，激光填絲焊接方法所用設備為激光填絲焊接設備，包括激光器、送絲機、焊接頭及移動機構。其中，激光器為12KW大功率激光器，送絲機帶自加熱功能，焊接頭最大可承受20KW功率的激光，移動機構用于移動焊接件或焊接頭移動。

本發明提供的激光填絲焊接方法利用大功率激光器，通過調節激光光束角度、離焦量、光絲間距、送絲角度等重要參數，實現優質高效的焊接過程。具體地，針對鋁合金厚度為1mm的薄板鋁合金，最大焊接速度可達15m/min，由此，可以大大提高生產效率，并具有穩定的焊接過程，焊后成型美觀，無氣孔、咬邊等缺陷，焊接強度明顯高于普通焊接方法。

可以理解的是，送絲角度即焊絲與母材之間的夾角，干伸長即焊絲伸出保護氣嘴的長度，離焦量為激光焦點離作用位置之間的距離，本發明即激光焦點至焊絲間的距離，光絲間距即為焊絲落絲點與激光束之間的距離。

本實施例中，光絲間距為負，可以保證焊絲40％-90％落在激光束范圍內，而激光器功率為5K～10KW、焊接速度為7～15m/min，則可通過精確控制激光器的功率及焊接速度，實現薄板鋁合金的高速焊接。進而，通過高速焊接，可以防止鋁合金焊縫在焊接過后晶粒長大，起到優化焊縫結構，防治接頭軟化，增強焊縫力學性能的效果。

進一步地，本發明提供的激光填絲焊接方法對裝配間隙的容忍度較大，通過簡單裝配對拼，控制焊縫間隙在0～0.3mm之間，即可實現優良的單面焊雙面成形焊縫。

可以理解的是，采用所述激光填絲焊接方法進行焊接前，需要對焊接部位的母材表面進行焊前清理，以確保無油、水等污染物；清理完后，采用剛性固定于焊接平臺，保留0.1mm的焊接間隙。具體地，焊前清理包括采用砂紙打磨掉樣件的表面氧化層，并采用丙酮清洗樣件的待焊位置。

焊接過程中，由于采用大功率的激光器，因此可以獲得較高的激光能量，除了一部分用來熔化鋁合金焊絲之外，多余的能量則可以用來熔化母材，在具有較高焊絲填充率的同時，又可增加鋁合金焊接熔深，形成質量較好的單面焊雙面成形焊縫，滿足高速焊接生產需求。

本實施例中，焊接時所用保護氣體為氬氣或氦氣，通過與焊絲同軸的保護氣體對鋁合金焊接部位進行保護。

以下，本發明通過具體實施例進行說明。

請參閱圖2，焊接母材選用1mm厚6061鋁合金，樣件尺寸為200×100mm，焊絲選用ER4043焊絲，采用對接焊接方式。

首先，對樣件(即焊接母材)進行焊前清理，用砂紙打磨掉表面氧化層，采用丙酮清洗待焊位置，確保待焊位置沒有水、油等污染物。樣件清理后，采用剛性固定于焊接平臺，保留0.1mm的焊接間隙。

然后，對焊接參數進行設置，選用激光器功率為6kw、焊接速度為10m/min、激光束與垂直方向的夾角為5°，焊絲與母材之間的夾角(即送絲角度)為50°、干伸長設定為15mm、離焦量為0，同時光絲間距為負，保證焊絲50％落在激光束范圍內。

本實施例中，保護氣體為氬氣，同時采取背面保護，氣流量均為25L/min。

經過焊接后，所得焊縫成形如圖3和圖4所示，從圖中可以看出焊縫的正面及背面成形良好，無咬邊、氣孔、裂紋及焊塌等缺陷。

此外，實際操作過程表明，焊接過程穩定，飛濺較小。

相較于現有技術，本發明提出的激光填絲焊接方法可有效解決薄板鋁合金的焊接問題，改善焊縫成型，降低裝配要求，獲得穩定的焊接過程，利于大工業生產的鋁合金激光填絲焊接。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。