激光填丝焊接方法与流程

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种激光填丝焊接方法。

背景技术：

铝合金拥有比强度高，抗腐蚀，耐低温，导热导电性能好及易于塑性加工等优势，被广泛应用于各种焊接结构及产品。激光焊接作为近十几年发展起来的新技术，与传统焊接技术相比，具有能量密度高、焊接速度快及易于实现自动化等优势。但是铝合金对激光束反射率较高，工件对激光能量的吸收较低，并且容易产生裂纹、气孔、接头软化等缺陷。

激光填丝焊接可解决激光焊接对装配间隙要求较高的限制，且提高了工件对激光能量的吸收率，同时，通过填充焊丝，可以调整焊缝金属成分，改善焊缝性能，为铝合金焊接提供了一种新的解决途径。

早期，我国受大功率激光器限制，铝合金激光焊接工艺研究起步较晚，对于铝合金激光焊接的研究较少，特别是对于薄板的铝合金激光焊接，大多采用较低功率激光器，在大功率激光填丝焊接方面，研究更少。而对于大工业生产，优质、高效焊接是永远追求的主题，以前，因为考虑激光器成本，大多采用低功率激光器进行焊接，效率提升有限。近几年，随着激光器成本的下降，对高功率激光器焊接工艺的追求也越来越迫切。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和问题，本发明提供一种激光填丝焊接方法。

一种激光填丝焊接方法，采用的焊接设备包括激光器、送丝机及焊接头，所述激光器和所述焊接头通过光纤连接，所述送丝机采用连接法兰和所述焊接头连接，所述激光器发出的激光光束通过所述光纤传导至所述焊接头进行焊接，所述激光器的功率为5～10KW、焊接速度为7～15m/min、激光束与垂直方向的夹角为0～15°、所述送丝机的送丝角度为45～60°、干伸长为15～20mm、离焦量为-2～2mm、光丝间距为负、焊接头最大可承受20KW功率的激光。

本发明一较佳实施方式中，母材选用1mm厚6061铝合金，采用对接焊接方式，激光器功率为6kw、焊接速度为10m/min、激光束与垂直方向的夹角为5°、送丝角度为50°、干伸长为15mm、离焦量为0。

本发明一较佳实施方式中，焊接前对样件进行焊前清理，清理完后，采用刚性固定于焊接平台，保留0.1mm的焊接间隙。

本发明一较佳实施方式中，所述焊前清理包括采用砂纸打磨掉样件的表面氧化层，并采用丙酮清洗样件的待焊位置。

本发明一较佳实施方式中，焊接时的保护气体为氩气或氦气，并采取背面保护，气流量均为25L/min。

本发明一较佳实施方式中，焊接时控制焊缝间隙在0～0.3mm之间。

相较于现有技术，本发明提出的激光填丝焊接方法可有效解决薄板铝合金的焊接问题，改善焊缝成型，降低装配要求，获得稳定的焊接过程，利于大工业生产的铝合金激光填丝焊接。

附图说明

图1为激光填丝焊接示意图。

图2为采用本发明提供的激光填丝焊接方法进行焊接的铝合金对接方式的示意图；

图3为采用本发明提供的激光填丝焊接方法焊接后的焊缝正面成形效果图；

图4为采用本发明提供的激光填丝焊接方法焊接后的焊缝背面成形效果图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种激光填丝焊接方法，采用的焊接设备包括激光器、送丝机及焊接头，所述激光器和所述焊接头通过光纤连接，所述送丝机采用连接法兰和所述焊接头连接，所述激光器发出的激光光束通过所述光纤传导至所述焊接头进行焊接，所述激光器的功率为5～10KW、焊接速度为7～15m/min、激光束与垂直方向的夹角为0～15°、所述送丝机的送丝角度为45～60°、干伸长为15～20mm、离焦量为-2～2mm、光丝间距为负、所述焊接头最大可承受20KW功率的激光，如图1所示。

本实施例中，激光填丝焊接方法所用设备为激光填丝焊接设备，包括激光器、送丝机、焊接头及移动机构。其中，激光器为12KW大功率激光器，送丝机带自加热功能，焊接头最大可承受20KW功率的激光，移动机构用于移动焊接件或焊接头移动。

本发明提供的激光填丝焊接方法利用大功率激光器，通过调节激光光束角度、离焦量、光丝间距、送丝角度等重要参数，实现优质高效的焊接过程。具体地，针对铝合金厚度为1mm的薄板铝合金，最大焊接速度可达15m/min，由此，可以大大提高生产效率，并具有稳定的焊接过程，焊后成型美观，无气孔、咬边等缺陷，焊接强度明显高于普通焊接方法。

可以理解的是，送丝角度即焊丝与母材之间的夹角，干伸长即焊丝伸出保护气嘴的长度，离焦量为激光焦点离作用位置之间的距离，本发明即激光焦点至焊丝间的距离，光丝间距即为焊丝落丝点与激光束之间的距离。

本实施例中，光丝间距为负，可以保证焊丝40％-90％落在激光束范围内，而激光器功率为5K～10KW、焊接速度为7～15m/min，则可通过精确控制激光器的功率及焊接速度，实现薄板铝合金的高速焊接。进而，通过高速焊接，可以防止铝合金焊缝在焊接过后晶粒长大，起到优化焊缝结构，防治接头软化，增强焊缝力学性能的效果。

进一步地，本发明提供的激光填丝焊接方法对装配间隙的容忍度较大，通过简单装配对拼，控制焊缝间隙在0～0.3mm之间，即可实现优良的单面焊双面成形焊缝。

可以理解的是，采用所述激光填丝焊接方法进行焊接前，需要对焊接部位的母材表面进行焊前清理，以确保无油、水等污染物；清理完后，采用刚性固定于焊接平台，保留0.1mm的焊接间隙。具体地，焊前清理包括采用砂纸打磨掉样件的表面氧化层，并采用丙酮清洗样件的待焊位置。

焊接过程中，由于采用大功率的激光器，因此可以获得较高的激光能量，除了一部分用来熔化铝合金焊丝之外，多余的能量则可以用来熔化母材，在具有较高焊丝填充率的同时，又可增加铝合金焊接熔深，形成质量较好的单面焊双面成形焊缝，满足高速焊接生产需求。

本实施例中，焊接时所用保护气体为氩气或氦气，通过与焊丝同轴的保护气体对铝合金焊接部位进行保护。

以下，本发明通过具体实施例进行说明。

请参阅图2，焊接母材选用1mm厚6061铝合金，样件尺寸为200×100mm，焊丝选用ER4043焊丝，采用对接焊接方式。

首先，对样件(即焊接母材)进行焊前清理，用砂纸打磨掉表面氧化层，采用丙酮清洗待焊位置，确保待焊位置没有水、油等污染物。样件清理后，采用刚性固定于焊接平台，保留0.1mm的焊接间隙。

然后，对焊接参数进行设置，选用激光器功率为6kw、焊接速度为10m/min、激光束与垂直方向的夹角为5°，焊丝与母材之间的夹角(即送丝角度)为50°、干伸长设定为15mm、离焦量为0，同时光丝间距为负，保证焊丝50％落在激光束范围内。

本实施例中，保护气体为氩气，同时采取背面保护，气流量均为25L/min。

经过焊接后，所得焊缝成形如图3和图4所示，从图中可以看出焊缝的正面及背面成形良好，无咬边、气孔、裂纹及焊塌等缺陷。

此外，实际操作过程表明，焊接过程稳定，飞溅较小。

相较于现有技术，本发明提出的激光填丝焊接方法可有效解决薄板铝合金的焊接问题，改善焊缝成型，降低装配要求，获得稳定的焊接过程，利于大工业生产的铝合金激光填丝焊接。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。