[发明专利]一种焦点平面旋转激光点焊焊接方法

说明书

一种焦点平面旋转激光点焊焊接方法，适用于金属材料的激光点焊。特征在于，激光光斑在工件表面上做小半径、高频、匀速圆周运动。焊接时，焦点旋转频率10～120HZ；焦点旋转半径1.0～2.5mm；激光功率600～3000W；点焊时间0.4～3.0S；离焦量‑3～+3mm。本发明的有益效果是：通过匹配焦点旋转参数与焊接工艺参数，获得了基于热导焊的重复焊接热积累模式下的新型焊缝形貌，其宽深比(有效熔宽/熔深)大，且无气孔、裂纹、下榻等缺陷。与传统激光点焊相比，其焊接过程稳定且焊缝质量更好，有效熔宽(熔合面熔宽)受搭接界面间接触热阻的影响可以忽略，焊缝宽深比大大增加，具有明显工艺优势。

技术领域

本发明涉及一种可获取大宽深比(有效熔宽w/熔深h)点焊焊缝形貌的焦点旋转激光点焊焊接方法，具体方法为采用光束调控方式使得激光焦点做小半径高频匀速旋转，从而进行快速重复焊接。该焊接方法可以获得宽深比(w/h)较大的点焊焊缝形貌，改变了传统激光点焊的大深宽比“钉头”焊缝形貌，在薄板构件以及一些特殊构件的点焊中有明显的优势，属于材料加工技术领域。

背景技术

在激光加工领域，激光点焊相比电阻点焊具有众多的优点，如精度高、能量控制精准、穿透性好、焊接热变形小等，其逐渐作为一种代替技术广泛应用与航空航天、汽车船舶制造等领域。作为一种先进的点焊方式，其自身也存在一些局限性，特别是对于大功率激光点焊，一般为深熔模式点焊，其过程剧烈，容易产生大颗粒飞溅行为，且极快的加热和冷却速度下容易产生气孔、裂纹、下榻等缺陷。传统激光点焊“钉头”形焊缝形貌是其穿透性较好的原因，但是对于某些薄壁构件的搭接点焊，搭接界面间接触热阻的存在使得点焊过程中深熔小孔外围热量向下传输受限，熔池向下流动受阻，从而使得有效熔宽(熔合面熔宽)局限于深熔小孔外围很小的范围，最终焊缝形貌由“钉头”形变为“T”字形，这样大大降低了焊点的力学性能。而且，对于某些要求非穿透焊的特殊复杂三维薄壁构件，其过大的熔深将容易使得构件焊穿。而采用激光焦点旋转的点焊方法，焊接过程稳定无飞溅，焊点无气孔、裂纹、下榻等缺陷，所获焊点质量优于传统激光点焊，且较大的宽深比(w/h)和特殊的点焊形貌使得其相比与传统激光点焊在薄壁构件的点焊中有明显的优势。

本方法采用一个楔形镜使激光束发生偏折，楔形镜在一个水平旋转电机的带动之下发生匀速水平旋转，从而实现了激光束匀速旋转(该旋转方法参照本课题组已获授权的发明专利“一种焦点旋转和垂直振动的激光焊接方法”，专利号：201510907271X.)。高速旋转的偏转光束作用在工件表面，使得焦点在工件表面围绕一点做小半径高速旋转。在激光的持续作用下，对材料进行着快速而重复的焊接，最终形成一个焊点。本发明的重点在于，利用激光焦点的高频旋转，协调控制激光能量输入，使得单次激光焊接机理为热导焊接，激光的高频重复运动，使得作用区域热量不断积累，熔池的熔化行为不断加强，最终获得成形良好的“W”形焊缝形貌。其有效熔宽大，可大大提高焊点的力学性能；且熔深较小，在一些薄壁构件的点焊中可有效避免其焊穿。同时，由于本点焊方法的机理为热导焊的重复焊接热积累过程，因此焊接过程稳定无飞溅且焊点无下榻、裂纹、气孔等缺陷。本点焊方法相对传统的激光点焊，提高了焊点质量，而且其较大的宽深比(w/h)和特殊的点焊形貌在薄壁构件的激光点焊中有着显著的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦点旋转激光点焊焊接方法，可有效解决传统激光搭接点焊中界面热阻对焊点有效熔宽的限制，大幅提高焊点宽深比(w/h)，且焊接过程稳定、无飞溅、下榻、裂纹等缺陷，适用于金属材料的激光点焊。

所述的焦点平面旋转激光点焊焊接方法，其特征在于：通过光束调控使得激光焦点在工件表面上围绕一点做高频、小半径、匀速圆周循环往复运动。

所述的焦点平面旋转激光点焊焊接方法，其特征在于：激光点焊焊接为基于热导焊的重复焊接热积累效应，通过匹配激光功率与旋转频率使得单次焊接为热导焊，通过激光作用位置的高频圆周运动，使得作用区域热量不断积累，熔池的熔化行为不断加强，经过一定的焊接时间使环形熔池中间金属基体熔化而成圆形熔池，最终获得大宽深比(w/h)的点焊焊缝形貌。如宽深比(w/h)不低于2。