[发明专利]一种基于光束整形的隐藏添料式激光对接焊方法

权利要求书

1.一种基于光束整形的隐藏添料式激光对接焊方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)装夹工件，在两块待焊接板材工件的对接焊接头部位沿焊接路径设置焊接添料剖口，在所述焊接添料剖口内嵌入焊接添料，形成内藏添料的焊接结构；设置激光焊接头与工件的相对方位，使得由激光焊接头输出的双圆环复合整形光束垂直入射到工件对接焊接头部位并聚焦于表面，并且焊接添料位于双圆环复合整形光束中的内圆激光照射区域的下方；

所述焊接添料的材料与两块待焊接板材的材料均不同；所述焊接添料剖口尺寸小于等于双圆环复合整形光束的内圆激光聚焦光斑尺寸，待焊接板材工件的接头部位总体尺寸小于等于双圆环复合整形光束的外圆环激光聚焦光斑尺寸；

所述双圆环复合整形光束由高斯能量分布的内圆激光和贝塞尔能量分布的外圆环激光构成；

(2)开启激光输出双圆环复合整形光束，并控制双圆环复合整形光束沿焊缝方向前进，使得焊缝区域先后由外圆环贝塞尔激光束、内圆高斯激光束、外圆环贝塞尔激光束进行三次重叠扫描；同时调节和控制双圆环复合整形光束的能量密度和相对能量配比、外圆环和内圆的光斑尺寸组合参数，使得激光辐照区域的母材熔深大于等于待焊接板材工件厚度，以实现深熔焊缝的单面焊双面成型；或者使得激光辐照区域的母材熔深大于等于待焊接板材工件厚度的一半，先实现深熔焊缝的单面焊单面成型，再调整工件与激光焊接头的相对方位，使得双圆环复合整形光束从未焊的另一面入射，实现另一面的焊缝成型；

焊接过程中，同时控制内圆激光的能量密度使得焊缝中心熔池温度高于内藏添料熔点以实现内藏添料的熔化，内圆高斯激光束与外圆环贝塞尔激光束之间的环形间隔产生对应的温度梯度使得熔池内部的流动加速，最终凝固形成内含富集添料金属的焊接接头。

2.根据权利要求1所述的基于光束整形的隐藏添料式激光对接焊方法，其特征在于，步骤(1)中双圆环复合整形光束的构造方法为：由光纤接头接入的单波长高斯激光束入射至分束镜，经由分束镜一分为二为A束和B束，A束沿原方向行进，B束的行进方向转折90度，A束入射至锥透镜组合系统，通过锥透镜组合系统输出贝塞尔环形激光束，再入射至空间合束镜；B束入射至第一45度反射镜，经第一45度反射镜的转折后入射至扩束准直系统，再经第二45度反射镜转折入射至空间合束镜；A束和B束激光经空间合束镜的合束后出射双圆环复合整形光束。