[发明专利]双波长双激光束对金属零件的激光焊接方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种双波长双激光束对金属零件的激光焊接方法，是一种新型的金属零件的激光焊接技术。

背景技术：

现有金属零件激光焊接技术通常采用单种激光器(输出单波长激光束)进行激光焊接加工。常用的激光器是CO₂激光器和YAG激光器。CO₂激光器激光波长10.6微米；YAG激光器激光波长1.06微米。

CO₂激光器成本较低，性能稳定，但由于金属零件对其输出的波长10.6微米的激光的反射率高，焊接质量有限。比如焊接热影响区、焊接深度及表面状态等明显不如YAG短波长的激光焊接效果。YAG激光由于波长短，金属零件表面对其反射率低，金属对其吸收好。金属表面对YAG和CO₂激光的吸收率相差3到5倍左右(不同的金属倍数有些差别)。所以YAG激光焊接加工质量明显提高，可以用于精密加工。但同等功率下YAG固体激光器价格昂贵，焊接成本高出CO₂激光器许多。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种双波长双激光束对金属零件的激光焊接方法，是采用双波长的双激光束同时来进行金属零件激光焊接，一束激光为主激光束，负责提供零件焊接需要的主要能量，另外一种激光束为辅助激光束，负责提高金属零件表面对主激光束的吸收率。主光束为波长10.6微米激光，辅助激光束为波长1.06微米YAG激光器发出的激光；这里，由于YAG激光器的功率可以较低，所以成本可以得到明显降低，同时性能可以很稳定。

本发明的技术方案是这样实现的：双波长双激光束对金属零件的激光焊接方法，其特征在于：用两种波长的两束激光束，经过聚焦后同时对金属零件的同位置进行激光焊接加工，激光束组由主激光束和辅助激光束构成，主激光束是激光功率范围为0.2-20千瓦的CO₂激光，辅助激光束是功率范围为0.1-2千瓦YAG激光；其具体方法是：将两种波长的激光光束聚焦后形成合理的空间相对位置搭配，波长10.6微米CO₂激光束聚焦后的焦点与波长1.06微米YAG激光束的聚焦焦点基本重合，YAG激光束的聚焦焦点位置要前出一些，用YAG激光器的1.06微米波长激光点火，YAG激光能使金属表面温度迅速升高，金属表面达到熔化状态后，对CO₂激光器的10.6微米波长激光的吸收率迅速提高，使金属零件被加工位置吸收到所需要的焊接能量。

本发明的积极效果是：由于两种波长的两激光束共同作用，提高了金属零件对激光的吸收效果，可以完成普通CO₂激光焊接不能达到的焊接质量，增加焊缝深度、减小焊缝宽度，减小零件变形。还可以完成普通CO₂激光焊接难度大的焊接任务，如铝合金的焊接；由于改进了金属零件对激光的吸收效果，还可以降低焊接金属零件所需要的总的激光能量的输入。既避免了采用大功率的YAG激光器所需要的高昂的资金投入，也可以减小所需要的CO₂激光器设备的额定总功率，进一步降低了激光设备成本，从而降低了金属零件的激光焊接成本。

附图说明：

图1为本发明的双波长双激光束焊接示意图：

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述：如图1所示，双波长双激光束对金属零件的激光焊接方法，其特征在于：用两种波长的两束激光束，经过聚焦后同时对金属零件的同一位置3进行激光焊接加工，激光束根据其在焊接过程中的作用可分成主激光束1和辅助激光束2。主激光束1是激光功率范围为0.2-20千瓦的CO₂激光，辅助激光束2是功率范围为0.1-2千瓦YAG激光。其具体方法是：将两种波长的激光光束聚焦后形成合理的空间相对位置搭配，波长10.6微米CO₂激光束1聚焦后的焦点与波长1.06微米YAG激光束2的聚焦焦点基本重合，YAG激光束1的聚焦焦点位置要前出一些，用YAG激光器的1.06微米波长激光点火，YAG激光能使金属表面温度迅速升高，金属表面达到熔化状态后，对CO₂激光器的10.6微米波长激光的吸收率迅速提高，从而使金属零件被加工位置吸收到所需要的焊接能量。

YAG的1.06微米波长激光可以起到一种点火作用。利用YAG激光可以为金属表面较多吸收的特点，使金属表面温度迅速升高，金属表面达到熔化状态后，对CO₂激光器的10.6微米波长激光的吸收率迅速提高，使金属零件被加工位置吸收到所需要的焊接能量。随着两种激光焦点同时同速相对金属零件表面的不断移动，YAG的1.06微米波长激光继续起到提前点火作用，使得CO₂激光器的10.6微米波长激光能量得到良好的吸收，从而提高了焊接质量。