专利名称：一种多光束激光焊接方法
技术领域：
本发明是一种多光束激光焊接方法，属于激光加工技术领域。
背景技术：
结构件之间的搭接焊常见于工程应用中，例如航空、航天的蒙皮与骨架之间的连接。目前，蒙皮与骨架之间的连接一般采用铆接或者电阻点焊。传统的连接方法，不仅使得结构强度不高而且劳动强度大。采用激光焊接此类结构时，由于其结构的特殊性激光束无法直接穿透上、下两层结构焊缝根部留在材料内部极易造成焊接缺陷，其接头形式如图1所示。利用激光焊接进行搭接焊时，受制于结构的限制激光不能或不允许从背面穿透，此时会在焊缝根部留下大量气孔等缺陷，严重影响焊接的质量。激光进行焊接时会在熔池的中间形成一个匙孔，随着熔池的冷却焊缝成形。激光穿透焊时匙孔相对稳定，焊缝中的气孔可以从背面排出。但是采用激光进行非穿透式搭接焊时，焊缝根部深入材料内部匙孔下部为封闭状态，气孔无法从下部排出，焊缝根部极易出现大量缺陷。目前，利用激光进行焊接时一般采用单光束激光焊接模式，这种方法操作简单，对接接头穿透焊时匙孔稳定，能够获得高质量焊缝。但是利用单光束进行非穿透式焊接时其根部缺陷严重，焊缝根部出现连续的气孔。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种多光束激光焊接方法，其目的是针对不同结构件之间的激光搭接焊，提出一种多光束激光串行分布的焊接方法。该方法通过光束分布以及能量配比的优化，有效的控制了激光非穿透式搭接焊时缺陷的产生，实现了不同结构件之间的高质量搭接焊。该种方法适用于钛合金、不锈钢等不同结构件之间的非穿透式搭接焊，对其它材料的搭接焊具有很好的参考价值、适用性广。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的该种多光束激光焊接方法，该焊接方法采用激光束对同种金属之间进行非穿透式搭接焊接，其特征在于采用三束激光束作用于焊接区域(4)，三束激光束分别为第一束激光(I)、第二束激光(2)和第三束激光(3)，三束激光束按顺序处于同一条直线上，第一束激光(I)和第二束激光(2)的焦点之间的距离为0. 2 1mm，第二束激光(2)和第三束激光
(3)的焦点之间的距离为0. 5 3mm，焊接时三束激光束之间保持相对静止，三个激光焦点之间的距离不变，第一束激光(I)、第二束激光(2)和第三束激光(3)的能量分配为10 30%,40 80%，10 30%。采用传统的激光进行非穿透式搭接焊时，匙孔深入材料组织内部，匙孔下部为封闭状态，气孔无法从下部排出，极易在焊缝根部出现大量气孔等缺陷。采用三束串行激光进行焊接，匙孔叠加后有利于气孔的排出。同时，三束激光同时行进对焊缝可以起到预热、缓冷的作用，增大焊接熔深，防止裂纹的产生。
本发明技术方案提出了利用多光束激光串行分布的焊接模式，利用激光能量的多点分布，通过优化多光束能量配比有效的控制了焊缝中气孔、裂纹等缺陷的产生，提高了焊接质量。气孔缺陷个数减少到传统激光焊接时的20%以下，气孔尺寸显著减小。
图1为非穿透式搭接焊的示意2为本发明多光束激光焊接方法的示意3为采用本发明多光束激光焊接的实例的缝横截面照片图4为采用本发明多光束激光焊接的另一实例的缝横截面照片图5为本激光传统焊接与本发明多光束激光焊接后的气孔对比情况照片，其中，a为传统方法的，b为本发明方法的。
具体实施例方式以下将结合附图和实施例对发明技术方案作进一步地详述参见附图2所示，该种多光束激光焊接方法采用激光束对同种金属之间进行非穿透式搭接焊接，其特征在于采用三束激光束作用于焊接区域4，波长为1.06iim的三束激光束分别为第一束激光1、第二束激光2和第三束激光3，三束激光束按顺序处于同一条直线上，第一束激光I和第二束激光2的焦点之间的距离为0. 2 1mm，第二束激光2和第三束激光3的焦点之间的距离为0. 5 3mm，焊接时三束激光束之间保持相对静止，三个激光焦点之间的距离不变，第一束激光1、第二束激光2和第三束激光3的能量分配为10 30%，40 80%，10 30%。当对轧制板材与铸造组织的进行激光搭接焊时，以2. Omm厚轧制TA15板材和IOmm厚铸造TA15材料为母材，轧制板材与铸造材料上、下叠加，第一束激光I和第二束激光2的焦点之间的距离为0. 5mm，第二束激光2和第三束激光3的焦点之间的距离为1. 2mm，第一束激光1、第二束激光2和第三束激光3的能量分配分别为1000W 2000W IOOOff0附图3为上述多光束焊接时的焊缝横截面图片，X光探伤表明，上述多光束焊接方法获得的搭接焊缝内部缺陷显著减少，以IOOmm焊缝长度计算，产生的气孔个数减少到原来的25%左右，气孔直径显著减小，且上下材料结合面处无裂纹产生。调整上述实例中三束激光之间的间距，第一束激光I和第二束激光2的焦点之间的距离为0. 8mm，第二束激光2和第三束激光3的焦点之间的距离为1. 8mm，第一束激光1、第二束激光2和第三束激光3的能量分配分别为800W 2200W 800W。附图4为调整后的多光束焊接时的焊缝横截面图片，X光探伤表明，调整后的多光束焊接方法获得的搭接焊缝内部缺陷显著减少，以IOOmm焊缝长度计算，产生的气孔个数减少到原来的20%以下，气孔直径显著减小，上下材料结合面处无裂纹产生。通过图5的对比可以看出，本发明多光束焊接方法焊接后产生的气孔明显少于传统焊接方式。本发明所述焊接方法同样适用于不锈钢、铝合金等其它材料间的激光搭接焊。与现有技术相比，本发明方法有效的控制了焊缝中气孔、裂纹等缺陷的产生，提高了焊接质量。气孔缺陷个数减少到传统激光焊接时的20%以下，气孔尺寸显著减小。
权利要求
1.一种多光束激光焊接方法，该焊接方法采用激光束对同种金属之间进行非穿透式搭接焊接，其特征在于采用三束激光束作用于焊接区域(4)，三束激光束分别为第一束激光(I)、第二束激光(2)和第三束激光(3)，三束激光束按顺序处于同一条直线上，第一束激光(I)和第二束激光(2)的焦点之间的距离为0. 2 1mm，第二束激光(2)和第三束激光(3)的焦点之间的距离为0. 5 3mm，焊接时三束激光束之间保持相对静止，三个激光焦点之间的距离不变，第一束激光(I)、第二束激光(2)和第三束激光(3)的能量分配为10 30%，.40 80%，10 30%。
全文摘要
本发明是一种多光束激光焊接方法，其特征在于采用三束激光束作用于焊接区域(4)，三束激光束分别为第一束激光(1)、第二束激光(2)和第三束激光(3)，三束激光束按顺序处于同一条直线上，第一束激光(1)和第二束激光(2)的焦点之间的距离为0.2～1mm，第二束激光(2)和第三束激光(3)的焦点之间的距离为0.5～3mm，焊接时三束激光束之间保持相对静止，三个激光焦点之间的距离不变，第一束激光(1)、第二束激光(2)和第三束激光(3)的能量分配为10～30％，40～80％，10～30％。与现有技术相比，本发明方法有效的控制了焊缝中气孔、裂纹等缺陷的产生，提高了焊接质量。气孔缺陷个数减少到传统激光焊接时的20％以下，气孔尺寸显著减小。
文档编号B23K26/20GK103056523SQ20121050169
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者王彬, 巩水利, 陈俐, 姚伟 申请人:中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所