[发明专利]一种提高焊接过程稳定性的激光矢量焊接方法

说明书

一种提高焊接过程稳定性的激光矢量焊接方法，本发明涉及激光焊接技术领域。本发明要解决常规激光圆形摆动焊接存在匙孔和液态熔池稳定性差，易产生气孔和飞溅焊接缺陷的技术问题。本发明方法通过激光束自身摆动轨迹线特征可编辑功能对常规激光自身圆形摆动轨迹线进行局部区域的优化编辑，形成优化后的激光圆形摆动轨迹线，实现对激光圆形摆动焊接局部区域轨迹线曲率半径和激光焊接线速度优化。本发明方法可以显著改善液态熔池局部区域流动过程稳定性差的问题，达到优化焊缝成形，降低焊缝内部气孔率，解决了常规圆形摆动激光焊接在局部区域易产生飞溅的技术难题。本发明用于摆动激光焊接。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域。

背景技术

激光焊接属于高能束焊接技术范畴，也是目前发展较快且最有前景的焊接方法之一。随着对激光焊接机理研究的不断深入，以及相关制造技术及控制技术的不断进步，在传统单激光焊接工艺基础上发展起来的摆动激光焊接技术具有诸多优点：其一，摆动激光焊接技术降低了对焊接试件装配精度的要求；其二，激光束摆动具有对液态熔池的搅拌作用，使内部气孔的溢出速度加快，显著降低了焊缝内部气孔率；其三，摆动激光焊接由于具有空间热量分布可控的特点，在焊接不等厚板等领域具有其独特的优势。

目前，激光焊接的光束常见的摆动方式有垂直摆、平行摆、圆形摆和“8”字形摆等，该方法虽然可以在一定程度上解决传统单激光焊接难以克服的难题，但已有的摆动工艺本身也存在一些亟需解决的工艺难题，诸如焊缝表面成形不均匀，焊接过程中局部区域飞溅相对较多等。上述问题产生的主要原因是激光束自身摆动线速度和实际焊接速度矢量叠加后所得的激光束相对液态熔池的轨迹线特征(线速度和曲率半径)一直处于动态的变化过程，局部区域会出现激光束相对液态熔池的摆动速度变化过快和摆动轨迹线曲率半径过小等问题，直接导致匙孔和液态熔池的稳定性变差，易产生气孔和飞溅等焊接缺陷。

发明内容

本发明要解决常规激光圆形摆动焊接存在匙孔和液态熔池稳定性差，易产生气孔和飞溅焊接缺陷的技术问题，而提供一种提高焊接稳定性的激光矢量焊接方法。

一种提高焊接过程稳定性的激光矢量焊接方法，具体按以下步骤进行：

步骤一、调节保护气相对激光辐照点位置，安装同轴高速摄像拍摄系统；

步骤二、采用常规激光圆形摆动焊接方式对待焊板面进行焊接，设置激光参数，其中激光自身圆形摆动幅度为R1；通过高速摄像拍摄系统记录焊接时激光圆形摆动M个周期内产生飞溅的位置及时间，然后将M个周期内产生的飞溅区域平移到一个周期内，形成整合周期；

步骤三、确定修正激光束摆动轨迹线的特征参数：

A、沿圆周方向将步骤二平移后的整合周期分为n个区域，通过高速摄像拍摄系统统计确定n个区域中易产生飞溅区域及易产生飞溅区域对应的圆心角φ；

B、通过公式确定易产生飞溅区域的修正摆动幅度R2，其中修正系数K的取值为：0.4≤K≤0.6；

C、利用已获得参数R1、R2和φ，根据公式R1²+d²-R2²＝2R1×d×cos(π-φ/2)，计算得到偏心距d；然后通过偏心距d确定修正摆动幅度R2的圆心位置；

步骤四、通过激光束摆动轨迹线编辑软件录入步骤三确定的修正激光束摆动轨迹线的特征参数，修改易产生飞溅区域的激光束摆动轨迹，获得优化的激光圆形摆动轨迹线，完成一种提高焊接稳定性的激光矢量焊接方法。

由于修整后易产生飞溅区域摆动线速度不能太快；并且激光束相对液态熔池摆动轨迹线的曲率半径比常规激光束圆形摆动焊接的曲率半径大，因此经验证修正系数K的取值范围在0.4～0.6之间较为合适。当摆动幅度R1较大时K的值也应该偏大，相反K值应当偏小。

本发明的有益效果是：