[发明专利]一种磁助双束激光填丝焊接方法及其在中厚板铝合金焊接中的应用

说明书

本发明涉及一种磁助双束激光填丝焊接方法及其在中厚板铝合金焊接中的应用，属于激光焊接方法技术领域。为解决中厚板铝合金激光焊接气孔问题，本发明提供了一种磁助双束激光填丝焊接方法，单束激光经分光镜片分光产生双束激光，一束激光用于熔化焊丝，另一束激光用于熔化并穿透板材；在保护气体和磁场辅助下，通过控制送丝头位置、送丝角度、送丝速度、双束激光功率和焊接速度进行磁助双束激光填丝焊接。本发明中双束激光的能量互不影响，避免了激光束能量的损耗与波动，减少焊丝熔化滴落对匙孔的冲击，有利于保持焊接匙孔的稳定性；外部磁场进一步降低焊缝气孔率，细化焊缝晶粒，均匀焊缝组织，且不会对激光能量的稳定性产生影响。

技术领域

本发明属于激光焊接方法技术领域，尤其涉及一种磁助双束激光填丝焊接方法及其在中厚板铝合金焊接中的应用。

背景技术

铝合金由于其质量轻、比强度高、耐腐蚀性好及易于加工成型等优点，被广泛应用于各行各业的诸多产品中，其中中厚板铝合金被广泛应用于高速列车、船舶及能源行业的大型结构件的制造中。相比于传统的电弧焊接铝合金，激光焊接铝合金具有焊接速度快、焊接熔深大及焊接变形小等优势，已经越来多地被应用于工业制造中。

然而，对于中厚板铝合金激光焊接时，高穿透能力的激光会在铝合金板材中产生匙孔，由于匙孔内铝镁元素的蒸发剧烈往往会造成匙孔的不稳定，易于产生匙孔坍塌，而又因为铝合金激光焊接时熔池深宽比大、熔池冷却速度快等特点，匙孔坍塌导致的闭合性气泡难以在液态熔池完全凝固之前逃逸出来而形成工艺性气孔，严重降低了铝合金激光焊接头的质量。

相关学者曾提出使用激光电弧复合焊接降低铝合金焊接气孔率，但包括激光-MIG复合焊接方法和激光-TIG填丝焊接方法在焊接过程中电弧的能量作用面积较大，易对激光能量产生屏蔽等不利影响，使焊接过程难以保持稳定，不利于焊缝成形。而且这些方法很难将中厚板铝合金激光焊接的气孔率降低到1％以下甚至完全消除。另外，有其他研究也曾提出使用激光填丝焊接的方法通过增大焊接熔池体积，降低液态金属冷却速度的方式来降低铝合金焊接气孔，但是由于填丝过程中对焊丝对中精度要求较高、激光因熔丝易于产生激光能量的损耗与波动、填充焊丝对匙孔的冲击更加不利于匙孔保持稳定等问题，使用激光填丝焊接方法也难以完全解决铝合金焊接气孔问题。因此，如何解决中厚板铝合金的激光焊接气孔问题成为制约激光焊接应用的一大难题。

发明内容

为解决中厚板铝合金激光焊接气孔问题，本发明提供了一种磁助双束激光填丝焊接方法及其在中厚板铝合金焊接中的应用。

本发明的技术方案：

一种磁助双束激光填丝焊接方法，单束激光经分光镜片分光产生双束激光，一束激光作用于焊丝端部用于熔化焊丝，另一束激光作用于板材待焊处表面，用于熔化并穿透板材；在保护气体气氛和作用于熔池的磁场辅助下，通过控制送丝头位置、送丝角度、送丝速度、双束激光功率和焊接速度进行磁助双束激光填丝焊接。

进一步的，经分光镜片分光产生的双束激光在待焊板材表面形成的光斑落在平行于焊接方向的同一条直线上，且光斑间的距离为1～6mm，按焊接方向用于熔化并穿透板材的激光束在前，用于熔化焊丝的激光束在后。

进一步的，双束激光中用于熔化焊丝的激光的功率为1000～4000W，用于熔化并穿透板材的激光的功率为2000～10000W。

进一步的，所述磁场为常磁场或交变磁场，所述磁场强度为20～500mT。

进一步的，焊接时所述送丝头位置按焊丝端部与用于熔化焊丝的激光束的接触点到待焊板材表面的距离不大于10mm控制。

进一步的，所述送丝角度为20～60°，所述送丝速度为4～20m/min。

进一步的，所述焊接速度为0.5～2m/min，焊接离焦量为0mm。

进一步的，所述保护气体为纯氩气，气体流量为10～25L/min。