[发明专利]铝合金激光焊接系统以及激光焊接铝合金的方法

说明书

公开了用于焊接铝的激光焊接装置的系统和方法。该装置包括：激光发生器(102)，用于产生焊接型激光功率；以及透镜(104)，用于将焊接型激光功率的焦点聚焦在铝工件(118)上，以产生焊接熔池。激光扫描仪(106)用于控制透镜以在焊接期间在铝工件上沿多个维度移动焊接型激光功率的焦点，激光发生器和激光扫描仪进行焊接而不必将填料金属添加到工件上。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2016年7月22日提交的美国临时专利申请序列号62/365,551和2017年7月20日提交的美国专利申请15/655,569的优先权和权益，其全部内容以引用方式并入本文中。

背景技术

焊接是一种工艺，其已在历史上成为节约成本的接合方法。焊接就其本质而言只是粘合两件母材的方式。激光焊接是一种用于通过使用激光接合多件金属的焊接技术。光束提供集中的热源，能够精确控制热输入和实现高焊接速度，产生低热量输入的焊缝和小的热影响区。在各种应用中，出于不同的目的可能需要填料金属，诸如填充间隙，强化接头，覆盖基板表面，构建目标或充当缓冲介质。可以通过预沉积层或通过馈送粉末或线材而将填充材料引入熔池中。

常规的基于激光的焊接工艺对填料金属使用固定光束。固定光束激光焊接工艺会受到严格的间隙公差、热变形、热影响区等的限制。因此，需要一种对常规的基于激光的焊接系统作出改善的系统和/或方法。

发明内容

本发明总体涉及激光焊接系统、方法和设备。更具体地，本发明涉及用于铝合金的激光焊接系统并且公开了激光焊接铝合金的方法，基本上如结合至少一幅附图所示和描述，如权利要求中更完整地阐述。

附图说明

图1是根据本发明各方面的示例性激光焊接系统的示意图。

图2示出了根据本发明各方面的可由激光扫描仪使用以在工件上沿多个维度移动激光束的焦点的示例性图案。

图3A和图3B示出了根据本发明各方面的用图1的激光功率的焦点在工件上勾勒出的示例性叠加图案。

图4A示出了根据本发明各方面的固定激光束的光束路径和工件的截面图，而图4B示出了振荡激光束的示例性光束路径和工件的截面图。

图5A示出了根据本发明各方面的由固定激光束产生的焊接熔池，而图5B示出了由振荡激光束产生的示例性焊接熔池。

图6示出了根据本发明各方面的焊接熔池的示意图。

图7A至图7E示出了根据本发明各方面的由振荡激光束产生的示例性数据。

图8示出了根据本发明各方面的由固定激光束产生的示例性数据。

图9A示出了根据本发明各方面的与固定激光束相关联的示例性加热和冷却分布图，而图9B示出了与振荡激光束相关联的示例性加热和冷却分布图。

图10A示出了根据本发明各方面的与固定激光束相关的示例性加热和冷却分布图，而图10B示出了与振荡激光束相关联的示例性加热和冷却分布图。

图11A示出了根据本发明各方面的由固定激光束产生的熔池的示例性温度图，而图11B示出了由振荡激光束产生的熔池的示例性温度图。

图12A示出了根据本发明各方面的图2的示例性圆形图案，而图12B示出了用于控制激光功率和焦点的示例性控制波形。

图13A示出了根据本发明各方面的由固定激光束产生的凝固焊道的横截面图像，而图13B示出了由振荡激光束产生的凝固焊道的横截面图像。

图14A是描绘使用常规铝焊接技术的焊接铝工件的横截面的图像，而图14B是示出焊缝中所形成的热裂纹的增强图像。