[发明专利]采用双激光器对金属材料实施激光焊接的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种采用双激光器对金属材料实施激光焊接的方法。

背景技术

金属材料尤其是铝合金在现代工业中广泛应用，铝合金的焊接需求越来越大。相对于传统焊接方法，激光焊接方法具有能量集中、热变形小、可控性好等优点。铝合金激光焊接由于其高反射率与高导热率，使的单一激光热源对铝合金实施焊接难度较大，通常需要功率密度大于5×10⁶W/cm²。目前有人提出采用激光-MIG复合焊接技术对铝合金实施焊接(ZL201010280596.7)，工艺相对复杂。文献(铝合金双光束焊接特性研究，中国激光，2007，35(11)：1783-1788)公开了一种采用分光束的办法，将激光束通过分束镜分为两束激光，对铝合金实施焊接，焊缝质量有所提高，但是通过分束镜得到的两束激光能量比不可调节，通用行差。

本发明针对上述问题，采用双激光器-双激光束的办法对铝合金实施焊接，两束激光束分别来自准连续激光器与连续激光器，两束激光参数可任意调节，准连续激光器凭借其高峰值功率使铝合金表面快速熔化，连续激光器聚焦于已熔化的铝合金区域，铝合金对激光的吸收率大幅增加，可提高焊接深度与焊缝质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用双激光器对铝合金实施激光焊接的方法，本方法可以改变铝合金的表面微观形貌，使铝合金表面熔化形成熔池，以促进铝合金对连续波激光束的吸收率，提高焊接质量。

本发明提供一种采用双激光器对金属材料实施激光焊接的方法，包括如下步骤：

步骤1：对焊接材料进行清理，并将焊接材料安装固定；

步骤2：采用双激光器产生两束激光，该两束激光聚焦于焊接材料的表面；

步骤3：在焊接材料的表面侧吹保护气体；

步骤4：第一束激光由准连续激光器发生，使焊接材料表面熔化形成熔池；

步骤5：第二束连续激光束聚焦于已熔化的焊接材料区域；

步骤6：该二束激光束以给定的扫描速度同步移动，在焊接材料的表面形成焊缝，完成焊接。

本发明的有益效果是，本方法可以改变铝合金的表面微观形貌，使铝合金表面熔化形成熔池，以促进铝合金对连续波激光束的吸收率，提高焊接质量。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种采用双激光器对金属材料实施激光焊接的方法，包括如下步骤：

步骤1：用砂纸对焊接材料进行清理，并将焊接材料安装固定在焊接平台上，准备就绪。

步骤2：采用双激光器产生两束激光，该两束激光聚焦于焊接材料的表面，所述双激光器分别为准连续激光器与连续激光器，该准连续激光器最大输出功率为100-500W，脉冲宽度为50-200ns，重复频率为10kHz-30kHz，峰值功率大于10⁵W，所述连续激光器最大输出功率为500-10000W，所述焊接材料为铝合金、铜合金、纯铝或纯铜材料；

由于铝合金和铜合金具有较高的反射率，对于铝合金激光焊接、铜合金激光焊接不易形成熔池，可焊性差。准连续激光器具有较高的峰值功率，可达10⁵W/cm²以上，在具有高峰值功率的激光束条件下，铝合金和铜合金表面容易形成熔池，液态的熔池可以增大焊接材料对激光束能量的吸收率。

尽管准连续激光器产生的激光束具有很高的峰值功率，但限于目前的技术水平，该类型激光束的平均功率通常不超过1000W，只采用准连续激光器对铝合金、铜合金实施焊接，由于平均功率低，焊接深度较小。而连续激光器产生的激光束尽管不能达到较大的峰值功率，但是可以达到较高的平均功率，比如10000W，甚至更高。因此，结合准连续激光器与连续激光器二者优势，采用连续激光器产生连续激光束同时辐照在焊接材料表面的同一位置，由于准连续激光束可以使焊接材料表面熔化形成熔池，液态的焊接材料对激光束具有很高的吸收率，能够将功率较大的连续激光束能量吸收到焊接材料，形成更深的焊缝，可以实现更高的焊接效率，也可以提高焊接的质量。

步骤3：在焊接材料的表面侧吹保护气体，所述侧吹保护气体，该保护气为Ar气、He气或N气，或是Ar气、He气和N气的任意比例混合的气体；