[发明专利]薄板钛合金T型接头双侧的同轴双焦距激光填丝焊接方法

权利要求书

1.薄板钛合金T型接头双侧的同轴双焦距激光填丝焊接方法，其特征在于，根据所需焊接的对象，将两个具有同轴双焦点特征的激光器，分别安装到两个机械手臂上，并置于T型结构件筋板两侧，采用焊接送丝在前、激光在后的方式将激光头与填丝机构复合在一起，激光入射位置与填丝尖端之间的水平距离以及轴向距离连续可调；具体如下：

根据待焊零件的尺寸需要对激光器能量、光斑大小以及送丝速度进行选择，通过对送丝位置轴向与水平方向的调节，实现在所选焊接参数下深熔焊激光、热导焊激光以及填丝的共熔池焊接；

所述激光器具有同轴的双焦点镜头，激光通过光纤传导并从双焦点镜头上方入射，经过双焦点镜头聚焦后在待焊工件侧形成长、短两焦距同轴激光束，且两束同轴激光在同一板材表面所形成的光斑大小不相等，调整聚焦镜片间距离以及镜头与待焊工件间距离，控制两同轴激光焦距以及待焊工件表面光斑直径，并结合与之相匹配的激光能量，实现对两同轴激光焊接模式(长焦距激光的深熔激光焊与短焦距激光的热导激光焊)的分别控制，构建一个焊接模式不同的同轴激光热源形式，激光能量得到重新分配，实现短焦距激光热导焊、长焦距激光深熔焊的效果，保证激光填丝焊接过程中焊丝能够顺利熔化过渡到熔池同时，还不影响短焦距激光的深熔焊接质量；

调整聚焦镜片之间轴向距离，以及调整镜头与待焊工件间距离，控制长、短两焦点激光离焦量；同时离焦量与光斑调节的最终状态能够实现短焦距激光在板材表面的光斑直径为长焦距激光在板材表面的光斑直径的2～2.5倍，且保证短焦距激光束在板材表面的光斑直径为焊接送丝直径1～2倍，实现焊接时长焦距激光能量密度大于10⁶W/cm²，而短焦距激光能量密度小于10⁶W/cm²，光斑的半径计算公式为：

式中：r、R分别为长、短焦距平行激光束半径，f1与f2分别为长、短焦距激光焦距，ω为透镜表面激光束半径，L为离焦量；；

通过调整填丝机构的轴向和水平距离，使得焊接填丝尖端处在长焦点激光束板材表面光斑外，且在短焦点激光束板材表面光斑内；

为了实现同轴激光的不同模式焊接，激光器输出能量根据同轴焦点激光焦距决定，其计算公式为：

根据激光器功率和待焊板材厚度进行焊接速度测试验，确定最终焊接速度；

送丝速度选择由最终焊缝的截面尺寸决定，其计算公式为：

v_w＝c²πSlv_f (4)

式中，c为焊丝半径，S为单侧焊缝横截面面积，l为焊缝长度，v_f为焊接速度

双侧同轴双焦点激光施焊，两激光束的允许错位距离，由焊接速度决定，其计算公式为：

式中：a₀为材料热扩散率，v_f’拟定焊接速度，h为熔深，λ为热导率，T为材料熔点，T₀为环境温度，K₀为贝塞尔函数，a为热流集中系数，d为传热系数；

激光轴线与焊丝所形成的平面与T型接头焊接臂板之间的空间角度α为10°～30°；

双侧同轴双焦点激光焊接采用氩气进行保护，保护气导管规格为铜制直径10mm，安装与激光束同轴。