[发明专利]一种激光焊接焊缝孔洞控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于激光焊接技术，涉及一种激光焊接过程中焊缝缺陷的控制方法及装置，更具体的说是涉及焊缝内部孔洞的控制。

背景技术

激光焊接是材料加工领域应用得愈来愈广泛的先进加工方法之一，与其他焊接技术相比，激光焊接技术有着高功率，高速度，高深宽比，窄的热影响区且柔性好，便于生产过程中的自动化控制，适用于多种材料之间的连接，因此，在航天、汽车、钢铁等行业有着广泛的应用。但是由于激光焊接的特点，能量密度高，冷却速度快，激光深熔焊过程中的匙孔内蒸汽的暴沸和不稳定现象，以及焊接夹层板时，表面的氧化物的影响，导致焊接过程中极易产生孔洞等焊接缺陷，大大的降低了焊缝的质量和可靠性。因此，激光深熔焊过程中，控制和减少焊接过程中的孔洞是需要解决的一大问题。

激光焊接过程中的匙孔效应：激光深熔焊接是一个十分复杂的过程，匙孔和等离子体的形成，匙孔内材料蒸汽和熔池内液态材料的流动、匙孔的稳定性、熔池表面的变形以及各种焊接工艺参数对焊接质量都有很大的影响。在上述激光深熔焊接所涉及的各个方面中，匙孔效应是关键，也是激光深熔焊接研究的热点和难点，更为重要的是匙孔效应在激光深熔焊接过程中的作用是巨大的。当激光功率密度达到10⁶-10⁷W/cm²时，激光输入速率远远大于热传导、对流、及辐射散热的速率，材料表面发生熔化和气化而形成匙孔，孔内的金属蒸汽压与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡，激光可以通过孔直接射到孔底，产生匙孔效应。匙孔的作用和黑体一样，能将射入的激光完全吸收。在孔内存在着四种力量的相互作用，金属蒸汽的压力，四周液体的重力，表面张力以及材料流动的流体静压力，正是这几种力的作用保证匙孔的稳定存在。一旦焊接过程中受到外来干扰或材料内部条件的影响，匙孔就会崩塌，闭合而形成孔洞，即使在正常条件下，由于匙孔四周的液体金属填满匙孔的时候，金属蒸汽来不及快速逃逸而被封在匙孔内，导致往往不能完全填满而形成大的孔洞。尤其是当激光焊接厚板，夹层板或涂层板时，由于焊接这些材料过程中，匙孔会更加的不稳定，加上外来气体对匙孔的扰动作用，更容易使匙孔闭合，形成大的空腔，从而出现孔洞缺陷。

激光焊接过程中，通过改变侧吹气流大小、种类，以及功率、速度等其他工艺参数能够起到一定的减少孔洞缺陷的作用。也有人焊接时通过控制间隙，错边量来减少焊缝中孔洞的数量和尺寸，其他方法比如对材料的预先处理，激光复合焊时采用特殊的焊丝等，这些方法能够一定程度上减少激光焊接过程中的孔洞，但均增加了工艺和操作的复杂性，且有些方法在生产实践中难以实施。

当激光焊接厚板或者夹层板或者涂层材料时，匙孔内部的高温高压金属蒸汽以及夹层中间的氧化皮，涂层材料的汽化容易造成匙孔的闭合和崩塌，这样就容易形成焊缝内部不规则的大的孔洞。如何让匙孔内部的金属蒸汽或者外来蒸汽高速地，有方向性地逸出，从而保证匙孔焊接过程中的稳定性是控制和消除焊缝内部孔洞的关键方法。因此，本发明旨在提出一种能够快速导走焊接过程中匙孔内部蒸汽的方法。

发明内容

本发明针对激光深熔焊接的过程中的匙孔效应，要解决的技术问题是焊接过程中由于匙孔效应带来的焊缝内部的孔洞缺陷，提出了一种激光焊接焊缝孔洞控制方法及装置。

本发明提供的一种激光焊接焊缝孔洞控制方法，其特征在于，在激光焊接过程中，采用吸气的方式将匙孔内部的蒸汽吸走，保证匙孔的通畅。

吸气可以采用侧吸式、同轴式和底吸式吸气。

本发明提供的实现激光焊接焊缝孔洞控制方法的装置，其特征在于，它包括一套吸气装置，该吸气装置工作时通过管道与气管的连接，并固定在激光头上，将气管的吸嘴对准焊缝的上方。