阅读说明：本技术 一种可降低焊缝气孔率的t型接头双束激光填丝焊接方法 (T-shaped joint double-beam laser wire-filling welding method capable of reducing porosity of welding seam ) 是由 彭进 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法,立筋和基板之间预留间隙,在接头的两侧分别利用两束激光进行激光填丝焊接,第一束激光用于熔化固态焊丝,第二束激光熔化母材形成匙孔及熔池。本发明的焊接方法中在T型接头立筋和基板之间预留一定的间隙,沿焊接方向利用小能量的激光束预先熔化焊丝之后液态金属通过毛细作用填充进间隙中,间隙增大了激光熔透效果,而且形成匙孔的激光束前方的焊丝熔化呈液态不但能流入间隙中预先填充而且可以大大提高对形成匙孔的第二束激光束的能量吸收率,可以保证在T型接头两侧更易形成相互贯通的匙孔,有利于降低熔池中气泡的数量,从而降低焊缝气孔率。(The invention relates to a T-shaped joint double-beam laser wire-filling welding method capable of reducing the porosity of a welding seam. In the welding method, a certain gap is reserved between the T-shaped joint stud and the base plate, liquid metal is filled into the gap through capillary action after a small-energy laser beam is used for melting a welding wire in advance along the welding direction, the gap increases the laser penetration effect, the welding wire in front of the laser beam for forming the key hole is melted into a liquid state, the welding wire can flow into the gap for filling in advance, the energy absorption rate of a second laser beam for forming the key hole can be greatly improved, the key holes which are communicated with each other can be more easily formed on two sides of the T-shaped joint, the number of bubbles in a molten pool is favorably reduced, and the porosity of a welding line is reduced.)

一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种可降低焊缝气孔率的铝合金薄板T型接头双束激光填丝焊接方法。

背景技术

铝合金具有比重和弹性模量小、耐腐蚀等优点。目前，铝合金T型结构机身壁板已应用于C919大飞机。可采用激光填丝焊工艺对铝合金薄板T型结构施焊。然而铝合金激光焊接存在一些问题，包括：（1）铝合金对激光有较高的反射率，当母材未熔化时母材对激光的吸收率较低。（2）激光焊接焊缝冷却速度较大，熔池中的气泡不易在熔池凝固前逃逸出，易形成气孔。目前，对于铝合金薄板T型结构采用两套激光填丝焊装置分别位于T型接头角焊缝两侧同时施焊。由于激光束光斑直径较小（一般为0.2mm），因此容易造成焊接过程匙孔稳定性差，当匙孔中部或底部倒塌时就会产生焊接气泡，而且当T型结构两侧激光束形成的匙孔未形成贯通的结构时也易造成焊接气泡的产生，当焊接气泡在熔池凝固前未逃逸出熔池，则在焊缝中形成气孔，影响焊缝质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法，以解决现有技术中铝合金薄板T型接头双束激光填丝焊焊缝气孔率高的问题。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法，T型接头立筋和基板之间预留间隙，在T型接头的两侧分别利用两束激光进行激光填丝焊接，第一束激光用于熔化固态焊丝，第二束激光熔化母材形成匙孔及熔池，且T型接头两侧的第二束激光的光斑重合。

作为本发明一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法的进一步优化：具体包括以下步骤：

S1、焊接之前对T型接头的立筋和基板进行表面处理，去除焊接工件表面杂质；

S2、将T型接头立筋和基板固定在焊接夹具上，并预留间隙；

S3、在T型接头的两侧分别布置一个激光器，调节激光器的分光模块使激光器能够分出用于熔化焊丝的第一束激光以及满足熔化母材形成匙孔的第二束激光；

S4、调节T型接头两侧激光器发出的第二束激光，使两侧激光器发出的第二束激光的光束间距为0mm；

S5、在焊接区域提前预置活性剂，启动激光器和启动送丝机，同时在熔池上方喷入保护气体防止熔池被氧化，进行T型接头双束激光填丝焊。

作为本发明一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法的进一步优化：所述激光器为Nd：YAG激光器、CO₂激光器或光纤激光器。

作为本发明一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法的进一步优化：T型接头立筋和基板之间的间隙为0.01mm-0.5mm。

作为本发明一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法的进一步优化：激光器分出的第一束激光与第二束激光之间的光束距离为0.5-1.3mm。

作为本发明一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法的进一步优化：保护气为氩气或氦气。

本发明的T型接头双束激光填丝焊接方法具有以下有益效果：

一、本发明的焊接方法中，在T型接头立筋和基板之间预留一定的间隙（间隙尺寸0.01mm-1mm），沿焊接方向利用小能量的激光束预先熔化焊丝之后液态金属通过毛细作用填充进间隙中，因为T型接头预留一定间隙，无形中就增大了激光熔透效果，而且形成匙孔的激光束前方的焊丝熔化呈液态不但能流入间隙中预先填充而且可以大大提高对形成匙孔的第二束激光束的能量吸收率，可以保证在T型接头两侧更易形成相互贯通的匙孔，有利于降低熔池中气泡的数量，从而降低焊缝气孔率；

二、本发明的焊接方法中，T型接头两侧第二束形成匙孔的激光束间距为零，能够提高贯穿匙孔的稳定性从而降低熔池中由于T型接头两侧匙孔不能连续形成一个贯穿的匙孔而导致的焊接气泡的产生；

三、本发明的焊接方法中，由于沿焊接方向利用小能量的激光束预先熔化焊丝之后液态金属通过毛细作用填充进间隙中可以避免由于预留间隙，激光自熔焊（即焊接过程中不外加焊丝或焊料）对拼缝间隙以及焊缝对中要求较高，对焊接生产的装配条件要求苛刻的情况；

四、本发明的焊接方法中，小能量的激光熔化焊丝后焊丝端部的液态金属与第二个形成匙孔和熔池的光束的熔池边缘接触，这样可以形成“液桥过渡”，能提高焊接的稳定性；

五、本发明的焊接方法中，焊丝依靠第一束小能量的激光束熔化，第二束激光形成匙孔和熔池，由于焊丝端部距离匙孔较远可明显降低液态金属填充熔池对匙孔的冲击。第一束激光在第二束激光束形成的熔池边缘位置，因此第一束激光束熔化焊丝形成的液态金属在熔池表面张力的吸引作用下，可连续的流入熔池中，而这种沿熔池边缘连续流入熔池对匙孔和熔池的冲击最小，可明显提高焊接过程的稳定性，明显降低工艺性气孔的数量，进而提高焊缝质量；

六、本发明的焊接方法中，由于形成匙孔、熔池的第二束激光束作用于焊接工件的热输入较小，可明显降低焊接工件的变形，这种工艺能够满足工业领域上某些对焊接变形精度要求较高的焊接工件的焊缝质量的苛刻需求；第一束小能量激光束只是熔化焊丝对焊接工件的热影响较小，因此可明显降低对焊接工件的热输入，进而细化焊缝组织晶粒度，提高焊缝质量。

附图说明

图1为本发明T型接头双束激光填丝焊接方法的工作原理示意图；

图2为T型接头常规激光填丝焊两侧匙孔贯通状态下的匙孔形状示意图；

图3为T型接头两侧激光能量略低于贯通状态下的激光能量的匙孔形状；

图4为T型接头两侧激光能量低于贯通状态下的激光能量的匙孔形状；

图5为T型接头常规激光填丝焊两侧激光束间距为1mm状态下的匙孔形状示意图；

图6为T型接头常规激光填丝焊两侧激光束间距为1.5mm状态下的匙孔形状示意图；

图7为T型接头立筋和竖板的激光束焊接区域提前预置活性剂（a）和未放置活性剂的匙孔形状（b）对比示意图；

图8为T型接头常规激光填丝焊的焊缝纵截面示意图；

图9为本发明T型接头双束激光填丝焊的焊缝纵截面示意图；

图中标记：1、第一侧两束激光，2、第二侧两束激光，3、送丝管，4、焊丝，5、匙孔，6、熔池，7、焊缝，8、基板，9、立筋。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种可降低焊缝气孔率的T型接头双束激光填丝焊接方法，具体包括以下步骤：

S1、焊接之前对T型接头的立筋和基板进行表面处理，去除焊接工件表面杂质；

S2、将T型接头立筋和基板固定在焊接夹具上，在T型接头立筋和基板之间预留一定的间隙（间隙尺寸0.01mm-0.5mm），沿焊接方向利用小能量的激光束预先熔化焊丝之后液态金属通过毛细作用填充进间隙中，因为T型接头预留一定间隙，无形中就增大了激光熔透效果，而且形成匙孔的激光束前方的焊丝熔化呈液态不但能流入间隙中预先填充而且可以大大提高对形成匙孔的第二束激光束的能量吸收率，可以保证在T型接头两侧更易形成相互贯通的匙孔，有利于降低熔池中气泡的数量，从而降低焊缝气孔率；

S3、在T型接头的两侧分别布置一个激光器，调节激光器的分光模块使激光器能够分出用于熔化焊丝的第一束激光以及满足熔化母材形成匙孔的第二束激光，激光器分出的第一束激光与第二束激光之间的光束距离为0.5-1.3mm，激光器分出的第二束激光与焊丝之间的距离为-1-1mm，激光器为Nd：YAG激光器、CO₂激光器或光纤激光器。小能量的激光熔化焊丝后焊丝端部的液态金属与第二个形成匙孔和熔池的光束的熔池边缘接触，这样可以形成“液桥过渡”，能提高焊接的稳定性。焊丝依靠第一束小能量的激光束熔化，第二束激光形成匙孔和熔池，由于焊丝端部距离匙孔较远可明显降低液态金属填充熔池对匙孔的冲击。第一束激光在第二束激光束形成的熔池边缘位置，因此第一束激光束熔化焊丝形成的液态金属在熔池表面张力的吸引作用下，可连续的流入熔池中，而这种沿熔池边缘连续流入熔池对匙孔和熔池的冲击最小，可明显提高焊接过程的稳定性，明显降低工艺性气孔的数量，进而提高焊缝质量

S4、调节T型接头两侧激光器发出的第二束激光，使T型接头两侧的第二束激光的光斑重合。T型接头两侧第二束形成匙孔的激光束间距为零，能够提高贯穿匙孔的稳定性从而降低熔池中由于T型接头两侧匙孔不能连续形成一个贯穿的匙孔而导致的焊接气泡的产生。

S5、在焊接区域提前预置活性剂，启动激光器和启动送丝机，同时在熔池上方喷入保护气体（保护气为氩气或氦气）防止熔池被氧化，进行T型接头双束激光填丝焊。

为了进一步显示本发明焊接方法的优越性，通过不同对比焊接实施例得到的焊接效果进行进一步说明。其中图2为T型接头常规激光填丝焊两侧匙孔贯通状态下的匙孔形状示意图；图3为T型接头两侧激光能量略低于贯通状态下的激光能量的匙孔形状；图4为T型接头两侧激光能量低于贯通状态下的激光能量的匙孔形状；图5为T型接头常规激光填丝焊两侧激光束间距为1mm状态下的匙孔形状示意图；图6为T型接头常规激光填丝焊两侧激光束间距为1.5mm状态下的匙孔形状示意图；图7为T型接头立筋和竖板的激光束焊接区域提前预置活性剂（a）和未放置活性剂的匙孔形状（b）对比示意图；图8为T型接头常规激光填丝焊的焊缝纵截面示意图；图9为本发明T型接头双束激光填丝焊的焊缝纵截面示意图。从图8和图9的焊缝纵截面的对比可以发现，本发明T型接头双束激光填丝焊的焊缝纵截面焊缝气孔数量明显低于T型接头常规激光填丝焊的焊缝纵截面气孔数量。

由图2-9可以看出，当两个匙孔未贯穿时两侧匙孔未完全关联到一起（图3和4所示），很容易产生焊接气泡，而且会造成熔池金属流动行为复杂，进而不利于焊接气泡的逃逸，当焊接气泡在熔池凝固前未逃逸出熔池则会产生焊缝气孔，影响焊缝质量。

当匙孔贯穿后，匙孔较为稳定，不易产生焊接气泡，焊缝气孔率低，而当两个匙孔未贯穿时两侧匙孔未完全关联到一起，很容易产生焊接气泡，而且会造成熔池金属流动行为复杂，进而不利于焊接气泡的逃逸，当焊接气泡在熔池凝固前未逃逸出熔池则会产生焊缝气孔，焊缝气孔率高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。