[发明专利]以功率调制来激光焊接钢以避免热裂纹

说明书

一种用于以激光射束焊接工件(1)的方法，其中，将对准工件(1)的激光射束(2)相对于工件(1)运动，使得工件(1)沿着焊缝(5)焊接，其中，在激光射束(2)的周围环境中在工件(1)上构成熔池(4)，其中，熔池(4)具有特征振荡频率f_co，其中，激光射束(2)的激光功率(P)至少有时以调制频率f和调制振幅Π调制，存在(I)，其中，P_min：在一调制周期期间的最小激光功率，和P_max：在一调制周期期间的最大激光功率，和其中，工件(1)由钢、尤其调质钢或表面硬化钢制成，其特征在于，调制频率f选择成，对于熔池(4)的经标准化的特征振荡频率Λ_co和经标准化的调制频率Λ存在：Λ≥2.2*Λ_co，优选Λ≥2.7*Λ_co，存在(II)，v：激光射束(29)相对于工件(1)的进给速度，和d_f：激光射束(2)的激光射束焦斑(6)的直径，和(III)由以激光射束(2)在不调制激光功率(P)的情况下进行的测试测量确定，其中，f_co^test：在测试测量时所测量的特征振荡频率；d_f，co^test：在测试测量时激光射束焦斑(6)的直径；v_co^test：在测试测量时激光射束(2)相对于工件(1)的进给速度。通过本发明可在钢工件的情况下以简单方式进一步减少热裂纹的形成。

技术领域

本发明涉及一种用于以激光射束焊接工件的方法，其中，将对准到工件上的激光射束相对于工件运动，使得工件沿着焊缝焊接，其中，在激光射束的周围环境中在工件上形成熔池，其中，熔池具有特征振荡频率f_co，其中，激光射束的激光功率至少有时以调制频率f和调制幅值Π调制，

其中，P_min：在一调制周期期间的最小激光功率，和P_max：在一调制周期期间的最大激光功率，和其中，工件由钢、尤其调质钢或表面硬化钢制成。

背景技术

这种方法由US 6,900,410 B2已知。

激光射束焊接用于焊接工件，所述工件尤其应快速地(以高进给速度)制成或应仅经历小的热翘曲。通过激光射束焊接也还可制成窄和细长的焊缝形状。

在激光射束焊接时，在工件上绕激光射束的焦斑由熔化的工件材料形成所谓的熔池。熔池基本上随着相对于工件传播的激光射束游移；在远离激光射束时工件材料又凝固。又凝固的工件材料构成焊缝。

在工件材料凝固时可形成所谓的热裂纹。热裂纹可强地负面影响焊缝的强度。因而希望的是这样实施激光焊接过程，使得焊缝中的热裂纹保持尽可能少或甚至避免。

US 6,900,410 B2描述了一种用于激光射束焊接的方法，其中，激光功率脉冲式调制，和其中，调制频率相应于熔池的自然振荡频率。由此应防止焊接缺陷，尤其裂纹。激光焊接在钢板上进行。

DE 601 11 790 T2(也即US 6,483,072 B2)描述了一种激光焊接方法，其中，激光功率周期性地脉冲式改变，其中，基本输出功率为峰值输出功率的50％或更多，且功率波动频率为200Hz或更小。作为激光射束的侵入深度提出10毫米或更大。该方法应避免焊接缺陷。

DE 10 2009 056 592 A1提出，在激光焊接金属工件时借助功率调制来控制引入到焊池中的能量。在激光功率基本水平上脉冲式地叠加较高的激光功率。作为频率提出50至500Hz。JP H09 108872 A同样提出在激光焊接时的脉冲式功率调制。电镀的钢板在频率为约50Hz的情况下加工。