[发明专利]一种激光焊接焊缝背面驼峰缺陷抑制方法及装置

说明书

本发明属于焊缝缺陷抑制领域，并具体公开了一种激光焊接焊缝背面驼峰缺陷抑制方法及装置，包括如下步骤：激光焊接时，在熔池上方外加横吹气流，使熔池上方和下方因伯努利效应形成压强差，产生的差压力作用于熔池，抑制熔池向焊缝背面的流动，进而抑制焊缝背面驼峰缺陷的产生。实现该方法的装置包括气流喷嘴，气流喷嘴上部和下部分别设置有一个调节片，通过调整上部和下部调节片间的距离，实现对气流加载位置和速度的有效控制。本发明无需真空和电磁等辅助环境和设备，仅依靠在熔池上方外加横吹气流即可达到改善熔池受力状态和流动行为、抑制驼峰缺陷产生的目的，为激光焊接驼峰缺陷的抑制提供一种简单实用的方法，可适应工业生产的实际需求。

技术领域

本发明属于焊缝缺陷抑制领域，更具体地，涉及一种激光焊接焊缝背面驼峰缺陷抑制方法及装置。

背景技术

焊缝背面驼峰缺陷是激光焊接过程中的常见缺陷，焊缝背面驼峰缺陷指激光焊接焊缝背面成形不均匀，出现间歇性下塌，焊缝背面成形呈驼峰状。在驼峰缺陷形成的同时，由于熔化金属在驼峰处的聚集，还会导致焊缝下凹、咬边及未熔合等缺陷的产生，严重影响接头的性能和寿命，激光焊接的驼峰缺陷已成为限制其应用的重要工艺障碍。

驼峰缺陷的产生与熔池的受力状态和流动行为密切相关。在激光焊接过程中，由于存在激光热作用造成的材料熔化、气化及等离子体化等物理过程，导致熔池受到重力、熔体流动冲击力、羽辉喷发反作用力及表面张力等多种力的动态作用，其中，熔池重力、熔体流动冲击力和羽辉喷发反作用力等力的作用会促进熔化金属向焊缝背面流动，而熔池背面的表面张力则会阻碍熔化金属向焊缝背面流动，而当熔池背面的表面张力不足以持续平衡熔池重力、熔体流动冲击力及羽辉喷发反作用力等力的作用时，就会间歇性地产生熔化金属向焊缝背面流动并聚集凝固的现象，导致驼峰缺陷的形成。

因此，如何有效调控焊接过程熔池的受力状态和流动行为是驼峰缺陷抑制的关键。目前，现有的驼峰缺陷抑制方法主要包括真空辅助焊接法和电磁辅助焊接法：真空辅助焊接法即在真空环境下进行激光焊接，该条件下一方面熔池的重力显著减小，另一方面光致羽辉的数量大幅降低使得其对熔池的反作用力也显著减小，上述两方面因素的共同作用抑制了熔池向焊缝背面的流动，进而抑制驼峰缺陷的产生；电磁辅助焊接法通过对待焊工件通电并外加磁场形成作用于熔池的洛伦兹力，补偿熔池背面表面张力的不足，维持熔池的受力平衡，抑制熔池向焊缝背面的流动，进而抑制驼峰缺陷的产生。

但是真空辅助焊接法需要真空环境才能实现驼峰缺陷的抑制，导致其焊件结构和尺寸受真空室环境限制、成本较高，难以满足工业生产的实际需求；电磁辅助焊接法需要在外加电场和磁场环境的协同作用下才能实现驼峰缺陷的抑制，其工艺与设备复杂、电磁输出稳定性控制困难，亦难以满足工业生产的实际需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光焊接焊缝背面驼峰缺陷抑制方法及装置，其目的在于，通过外加横吹气流抑制驼峰缺陷的新方法，无需真空和电磁等辅助环境和设备，仅依靠在熔池上方外加横吹气流即可达到改善熔池受力状态和流动行为、抑制驼峰缺陷产生的目的，为激光焊接驼峰缺陷的抑制提供一种简单实用的新方法，可适应工业生产的实际需求。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种激光焊接焊缝背面驼峰缺陷抑制方法，包括如下步骤：

激光焊接时，在熔池上方外加横吹气流，使熔池上方和下方因伯努利效应形成压强差，产生的差压力作用于熔池，从而抑制熔池向焊缝背面的流动，进而抑制焊缝背面驼峰缺陷的产生。

作为进一步优选的，通过控制熔池上方横吹气流的作用位置和喷出速度，调整熔池上方与下方的压强差。

作为进一步优选的，所述横吹气流方向与工件焊接面平行，横吹气流的喷出速度不大于150m/s。

作为进一步优选的，所述横吹气流采用压缩空气、氦气或氩气。