[发明专利]一种抑制焊接液柱及飞溅的万瓦级激光双光束焊接方法

说明书

本发明公开了一种抑制焊接液柱及飞溅的万瓦级激光双光束焊接方法，属于激光加工技术领域。本发明解决现有万瓦级高功率激光在非穿透焊接模式下易形成大尺寸焊接液柱并演变为焊接飞溅的技术问题。本发明采用两束沿焊接方向前后布置、光斑尺寸大小不同、激光功率不同的双光束激光进行金属材料焊接，后束激光功率大，光斑直径小，用于深熔焊接，前束激光功率小，光斑直径相对较大，用于熔化母材浅层金属形成前熔池，并与后光束形成的后熔池相通，施焊时通过疏导后熔池部分金属涌浪进入前熔池的方式，降低后光束匙孔前沿液态金属压力，防止纵向液柱长大并演化为飞溅，实现万瓦级高功率激光焊接的表面良好成形。

技术领域

本发明涉及一种抑制焊接液柱及飞溅的万瓦级激光双光束焊接方法，属于激光加工技术领域。

背景技术

万瓦级激光焊接技术是一种新型的先进焊接技术，利用万瓦激光的超高功率密度，可获得具有更大深宽比特征的焊缝，进而可有效减少坡口加工量、缩小焊道层数、降低层间清理次数，因此在中、厚板焊接中具有突出的高效技术优势。但是由于万瓦级激光的能量密度要远高于千瓦级激光，所以匙孔内部剧烈的能量交互作用会产生极强的金属蒸气等喷射物质。在这些喷射物质的作用下，匙孔边缘大量的金属液不断地被推向四周。当熔池中某局部区域被推动的液态金属量大于其流出量时，就会由于挤压在匙孔边缘形成纵向焊接液柱。这种现象在非熔透焊接时更为常见。另一方面，由于匙孔周围的熔池形态不同，液态金属的流动情况也是不同的。如熔池前端的固-液界面与匙孔前沿最为靠近，由于此处液体流动通道较窄、流动性要明显低于熔池的其它方向，所以万瓦级激光焊接时极易在匙孔前沿产生焊接液柱，并且随着焊接液柱的持续长大最终将演变成焊接飞溅或形成焊瘤，而对于其抑制方法尚无相关研究报导。因此，提供一种能够有效抑制万瓦级激光焊接的匙孔前沿焊接液柱，对于降低飞溅产生概率、获得良好焊缝成形、充分发挥万瓦级激光高效焊接优势等方面都具有较大的实际意义。

发明内容

本发明为了解决现有万瓦级高功率激光在非穿透焊接模式下易形成大尺寸焊接液柱并演变为焊接飞溅的技术问题，提供一种抑制焊接液柱及飞溅的万瓦级激光双光束焊接方法。

本发明的技术方案：

一种抑制焊接液柱及飞溅的万瓦级激光双光束焊接方法，该方法为：沿着焊接方向前后排列前束激光P₁和后束激光P₂，并将前束激光P₁和后束激光P₂作用在待焊金属材料表面，后束激光P₂与前束激光P₁间隔一定间距D，并且后束激光P₂的功率大于前束激光P₁的功率。

进一步限定，前束激光P₁的功率为1kW-5kW，后束激光P₂的功率为10kW-30kW。

进一步限定，前束激光P₁和后束激光P₂的光斑间距为4mm-20mm。

进一步限定，前束激光P₁的光斑直径为后束激光P₂的光斑直径的1-5倍。

更进一步限定，前束激光P₁的光斑直径通过增大离焦量或光束整形实现。

更进一步限定，前束激光P₁的光斑直径采用激光摆动的方式实现，激光摆幅1mm-5mm，摆动频率1Hz-200Hz。

更进一步限定，前束激光P₁和后束激光P₂可以是两束相互独立的激光，也可以是一束激光经光学透镜分光后获得的两束光束。