[发明专利]一种激光穿透焊接板材的方法

说明书

本发明涉及一种激光穿透焊接板材的方法，其激光焊接头、高压气柱喷嘴与保护气体喷管能相对母材移动，当母材背面温度达到或超过母材气化的温度值时，转动激光焊接头与高压气柱喷嘴，使得激光焊接头相对母材上表面倾斜，高压气柱喷嘴垂直对准母材上表面，并控制高压气柱喷嘴供气阀门，使高压气柱喷嘴喷射惰性气体气柱贯穿焊接小孔。本发明还涉及一种激光焊接系统，其激光焊接头、高压气柱喷嘴能相对母材移动，使激光焊接头、高压气柱喷嘴在第一状态与第二状态之间切换。在本发明中，采用高压微细气柱辅助维持小孔，避免了穿透焊接过程中小孔间断性穿透和激光能量溢出损失，提高了小孔稳定性和能源利用率。

技术领域

本发明涉及一种激光焊接方法，尤其涉及一种激光穿透焊接板材的方法。

背景技术

激光焊接是激光加工技术中应用最广泛的先进工艺之一，具有焊接热源容易操纵，控制简单，焊件变形小，热影响区狭窄，残余应力低，精确性和自动化程度高等优点，已经在汽车、造船、核电、管道等国民经济重要行业领域中得到应用。

随着超高功率高亮度激光的不断商业化，激光单道焊接中厚板受到越来越多的关注。激光焊接中厚板通常为激光深熔焊接模式。这种模式下，材料在高能量密度激光的直接辐照下，发生熔化甚至气化，在蒸发压力作用下熔池表面下陷形成“匙孔”（也称小孔），激光束通过小孔深入到材料内部，同时，小孔内部的蒸发金属蒸汽继续在高能量密度激光的作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成一团光致等离子体。小孔效应（即形成小孔和等离子体）是激光深熔焊接的本质特征，因此又称激光深熔焊接为小孔模式焊接。小孔的张开和闭合受小孔壁的压力平衡直接影响的。换言之，小孔的稳定维持是孔壁压力平衡的结果。在工业应用中，激光焊接中厚板通常是单面焊接双面成形，即穿透焊接。然而，激光深熔焊接中厚板时，往往表现出间断性穿透，其主要原因是：激光穿透焊接中厚板时，小孔内部的金属蒸汽会从小孔底部大量溢出，使小孔内部蒸汽压力下降，这时在小孔底部熔池表面张力的作用下小孔底部闭合；随着焊接过程的进行，小孔内蒸汽压力继续增大，当孔内蒸汽压力增加到大于熔池表面张力时，再次形成了穿透小孔。这个过程是周期性出现的，表现为小孔间断性穿透，从而使得焊接稳定性差，最终焊缝成形和焊接质量欠佳。不可忽视的是，在穿透焊接时激光束会从小孔底部溢出，导致激光功率的浪费。

在2013年06月26日公开的，公开号为“CN 103170744 A”，发明名称为“激光焊接装置及焊接方法”的发明专利公开了一种激光焊接装置及焊接方法，其解决了表面等离子体屏蔽入射激光束的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：其只能吹散熔池上方的等离子体，而小孔内部的金属蒸汽/等离子体对激光束仍存在影响，可以说没有从根本上解决激光焊接中厚板的稳定性问题。

在2013年12月04日公开的，公开号为“CN 103418917 A”，发明名称为“一种激光与熔融金属复合焊接板材的方法”的发明专利公开了一种激光与熔融金属复合焊接板材的方法，解决了激光焊接中厚板过程中焊缝塌陷和下掉的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：需要对第一母材和第二母材开设坡口，生产效率低。

在2014年08月13日公开的，公开号为“CN 103978309 A”，发明名称为“实现金属薄板单面焊接双面成形的高效激光深熔焊方法”的发明专利公开了一种实现金属薄板单面焊接双面成形的高效激光深熔焊方法，解决了激光束从小孔溢出导致激光能量损失的问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：在焊缝接头背面增设反射垫板使得穿透焊接变为未熔透焊接，焊接小孔为盲孔，此时焊接稳定性没有完全穿透好。

发明内容

本发明的目的是为解决目前高功率激光深熔焊接中厚板过程中，焊接稳定性差，小孔穿透时激光功率浪费等问题，提供一种焊接稳定性好、激光利用率高的激光穿透焊接板材方法。

本发明的技术方案是提供一种激光穿透焊接板材的方法，包括如下步骤。

步骤1，提供母材并使其定位。