[发明专利]一种铝合金激光焦点旋转填丝焊接方法

说明书

本发明为一种铝合金激光焦点旋转填丝焊接方法，属于激光焊接技术领域。其特征在于激光焦点在铝合金工件表面上按一定半径和频率做匀速圆周运动，在每一个焦点旋转的周期内，激光可以交替作用在焊丝末端和工件表面，由此实现主动调控熔池流动、凝固行为及焊丝熔化过渡行为的作用。与传统激光填丝焊方法相比，本方法具有有效抑制气孔、改善焊缝形貌、细化焊缝晶粒、提高接头强度的效果。

技术领域

本发明涉及一种铝合金激光焦点旋转填丝焊接方法，属于激光焊接技术领域。

背景技术

激光焊接相较于传统弧焊，具有能量密度高、焊接速度快、加工柔性好、焊后结构变形小等突出优势，尤其是随着近年来大功率光纤激光器的快速发展普及，光纤激光焊接技术在工业领域获得广泛的应用，尤其应用于铝合金这类对激光反射率较高的金属材料。但是由于铝合金密度低、合金元素易烧损、导热系数较大等材料特性，导致激光自熔焊过程中，仍然存在氢气孔不易消除、裂纹倾向大以及较严重的接头软化等问题。由于聚焦光斑较小，因此激光焊接还存在着间隙适应性较差的问题。而采用激光填丝焊的方式，不但可以显著提高间隙冗余度，同时引入新元素，调控焊接冶金行为，抑制焊接裂纹并改善焊缝成形，降低接头软化行为，提高接头力学性能，因此铝合金激光填丝焊接方式被广泛应用。

虽然激光填丝焊相较激光自熔焊已经有了诸多改善，但是填丝焊也存在着一定的局限性。在填丝焊接过程中，焊丝熔化过渡行为较为复杂，不同的光丝匹配关系导致不同的加热机制和熔入特征，进而影响焊接过程稳定性及焊后质量，焊丝的熔化过渡行为难以主动调控。此外，由于焊丝的熔入，干扰了原有的熔池凝固行为，导致氢气泡的逸出行为也受到一定的干扰。而针对铝合金激光自熔焊明显的接头软化问题，通过填加焊丝引入新的合金元素，在熔池中基于异质成核机理，达到改善接头冶金行为，提高焊缝力学性能的效果。相关研究表明，铝合金填丝后的接头力学性能仍低于母材，存在进一步工艺改善空间。

发明内容

本发明的目的是克服上述的现有问题提供一种铝合金激光焦点旋转填丝焊接方法。通过焦点的高频运动，使焦点运动由一维运动扩展为二维运动，由此提高激光与焊丝的匹配冗余度，并通过激光的作用位置高频周期性变化，主动调控焊丝熔化及过渡行为。同时，焦点以旋转的方式运动，一方面改变了激光光束的能量分布，增强小孔稳定性，稳定焊接过程；另一方面对熔池产生明显搅拌作用，有利于氢气泡的逸出。除此以外，焦点旋转可以细化晶粒，进而增强接头力学性能。因此，通过焦点高频旋转，有利于进一步提高激光填丝焊接的过程稳定性，实现减少焊接气孔、提高焊缝的接头性能的有益目的。

所述的激光焦点旋转填丝焊接方法，其特征在于：激光焦点在工件表面上按一定半径和频率做匀速圆周运动，焊丝工作末端位置A相对激光焦点匀速圆周运动中心与工件表面交接的作用点O具有一定的距离，即焊丝的工作末端位于焦点匀速圆周运动的半径内，使得激光焦点在每个匀速圆周运动旋转周期内旋转时，激光焦点均能交替作用到焊丝工作末端和工件表面，激光焦点匀速圆周运动时焊丝的过渡形式为液桥过渡；同时激光焦点匀速圆周运动和焊丝工作末端沿整体的焊接方向不断前进。

所述的激光焦点旋转填丝焊接方法，其特征在于：焊丝工作末端位置A相对激光焦点匀速圆周运动中心与工件表面交接的作用点O的距离为0～1.2mm，焦点旋转半径0.2～0.8mm。

所述的激光焦点旋转填丝焊接方法，焦点匀速圆周运动的旋转频率50～300Hz。

本发明包含以下有益效果：本发明相通过激光焦点高频周期性作用于焊丝和熔池，实现主动调控焊丝熔化过渡行为及熔池流动凝固行为的作用，到达有效抑制气孔、改善焊缝形貌、细化焊缝晶粒、提高接头强度的效果。

附图说明

图1为铝合金激光焦点旋转填丝焊接方法示意图。

图中：1.旋转楔形透镜，2.聚焦透镜，3.激光光束，4.保护气喷嘴，5焊丝，6.送丝喷嘴，7.焊缝，8.工件