[发明专利]激光深熔焊接和激光修饰焊接的柔性切换方法

说明书

本发明涉及一种激光深熔焊接和激光修饰焊接的柔性切换方法。该方法的特征在于，在激光深熔焊接完成后，进行激光修饰焊接前，在激光焊接加工头上的聚焦透镜和防飞溅镜片之间插入衍射光学透镜，使原聚焦于焊接平面的聚焦光束经过衍射光学透镜后，改变光斑形状和光束能量分布，并且，激光焊接加工头与焊接平面的高度保持不变，激光修饰焊接时的焊接程序、焊接路径以及焊接气罩保护方式均与激光深熔焊接时保持一致。不仅重新规划了激光束的形状和能量分布模式，进一步提高了激光修饰焊接质量，而且在保持焊接高度不变的前提下，能够实现激光深熔焊接和激光修饰焊接的柔性切换。该方法自动化程度高、方便快捷，激光焊缝质量高，生产效率高。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别是涉及一种激光深熔焊接和激光修饰焊接的柔性切换方法。

背景技术

激光焊接具有能量密度高、热输入总量低，焊接速度快，对材料的热损伤小，接头的残余应力低，可在大气环境下作业等特点，特别适用于航空航天等领域中薄壁空间复杂曲面结构的连接。但是，在激光深熔焊接过程中，焊缝表面常呈现出咬边、鱼鳞纹不均匀、表面成形不良问题。这些焊缝表面问题不仅严重影响焊接接头质量，而且在一定程度上也会削弱焊接结构的疲劳服役性能。

在焊接完成后采用离焦激光束对焊缝进行激光修饰焊接是改善前述焊缝表层质量的措施之一。激光修饰焊常利用正离焦(Δf＞0mm)或负离焦(Δf﹤0mm)激光束熔化工件焊缝表面，获得浅而宽焊缝的焊接工艺。激光修饰焊不仅能够愈合焊缝表层气孔缺陷、细化表层晶粒组织，而且能够进一步提高焊接接头的力学性能。因此，激光修饰焊在提高焊接接头质量和焊接结构的疲劳服役性能方面，具有积极意义。

当采用离焦激光束进行激光修饰焊接时，常需要将带动激光焊接加工头的机械手通过调整姿态的形式实现。不仅需要重新对机械手进行示教编程，也需要重新调整焊接气罩保护，自动化程度低，尤其对于空间复杂曲面结构、壳体和腔体结构的内部焊接、倾斜激光束焊接高反光材料时，过程调节更加复杂。此外，激光束的能量分布常呈高斯分布状态，处于特定离焦平面上的激光束也呈高斯分布状态。当激光束作用于焊缝中心时，修饰熔合线附近的咬边缺陷效果欠佳；当激光束作用于咬边部位时，需要两道修饰焊接分别对焊缝两侧的咬边缺陷进行修饰。现有技术的焊接过程复杂、工作效率低，自动化程度低，激光修饰焊接效果欠佳。

因此，发明人提供了一种激光深熔焊接和激光修饰焊接的柔性切换方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光深熔焊接和激光修饰焊接的柔性切换方法，通过插入特定的衍射光学透镜，既能改变光斑形状和光束能量分布，又能在不改变聚焦透镜与焊接平面距离的前提下，实现激光深熔焊接和激光修饰焊接两种模式的柔性切换，解决了现有焊接效率低、效果欠佳的问题。

本发明的实施例提出了一种激光深熔焊接和激光修饰焊接的柔性切换方法，其特征在于，在激光深熔焊接完成后，进行激光修饰焊接前，在激光焊接加工头上的聚焦透镜(2)和防飞溅镜片(3)之间插入衍射光学透镜(7)，使原聚焦于焊接平面(5)的聚焦光束经过所述衍射光学透镜(7)后，改变光斑形状和光束能量分布，并且，所述激光焊接加工头与所述焊接平面(5)的高度保持不变，激光修饰焊接时的焊接程序、焊接路径以及焊接气罩保护方式均与激光深熔焊接时保持一致。

进一步地，所述衍射光学透镜(7)朝向所述聚焦透镜(2)侧的一面为凹面镜，在所述凹面镜的表面涂有增透膜，且透光率不低于95％，朝向所述防飞溅镜片侧的一面为刻蚀有台阶型或连续浮雕结构的平面镜。

进一步地，所述凹面镜设计为凹球面，所述凹球面的焦距范围为-800mm～-500mm，所述凹面镜能够获得能量相对均匀分布的圆形光斑，光斑直径范围为3mm～6mm，用于实现宽度为1mm～3mm的较窄焊缝的激光修饰焊接。