專利名稱：K型接頭的雙光束激光焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接方法。
背景技術(shù)：
在航空航天制造領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)的對接、搭接、角接、端接以及T型接頭外，還存在特殊的K型接頭，該類型接頭在部件制造中應(yīng)用也較多。一般航空航天部件對加工精度的要求非常嚴(yán)格，由于構(gòu)成該接頭的的支板壁厚較薄，傳統(tǒng)的焊接方法，如弧焊等，由于熱輸入較大，焊接后很容易引起部件的局部變形，嚴(yán)重影響部件的尺寸精度，導(dǎo)致難以滿足使用要求。因此，對該種接頭形式一般采用激光焊接等高能束焊接的方法。而傳統(tǒng)單激光焊接很難滿足K型接頭對焊接質(zhì)量以及焊接效率的要求?，F(xiàn)有的單激光焊接在焊接該類型接頭時需要先后進(jìn)行三次焊接，由于焊縫先后凝固，首先進(jìn)行的焊接會產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊接變形，影響接頭的裝配精度，不利于后續(xù)焊接。另外，對接頭先后進(jìn)行三次焊接，不僅焊接效率低，而且焊接工序多，影響焊接質(zhì)量的因素增多，焊接質(zhì)量不易控制。采用單激光焊接，其激光光斑直徑小，熱作用區(qū)域小，焊縫熔寬較小，易出現(xiàn)接合面未熔合的現(xiàn)象，大大影響焊接質(zhì)量。目前，現(xiàn)有的激光焊接方法不能很好地解決這種K型接頭形式的焊接問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有單激光焊接過程中存在的焊接效率低、焊縫應(yīng)力集中以及焊縫質(zhì)量差且不易控制的問題，提供了 K型接頭的雙光束激光焊接方法。K型接頭的雙光束激光焊接方法按以下步驟進(jìn)行應(yīng)用兩臺激光器分別發(fā)出主光束a及主光束b，將主光束a分成焊接光束11和焊接光束12，主光束b分成焊接光束21和焊接光束22，焊接光束11的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束12的聚焦斑點(diǎn)并行排布，焊接光束11作用于支板I與底板3的交界區(qū)域A，焊接光束12作用于支板2與底板3的交界區(qū)域C，焊接光束21的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束22的聚焦斑點(diǎn)并行排布且分布于支板I和支板2的交界面兩側(cè)，焊接光束21和焊接光束22作用于支板I和支板2的交界區(qū)域B ;所述焊接光束11與焊接光束12的光斑間距δ I為O. Imm 10mm，焊接光束21與焊接光束22的光斑間距δ 2為O. I謹(jǐn) 10謹(jǐn)，且δ I > δ 2 ;所述焊接光束11的能量變化范圍為主光束a的10 90%，焊接光束12的能量變化范圍為主光束a的90 10% ；所述焊接光束21的能量變化范圍為主光束b的10 90%，焊接光束22的能量變化范圍為主光束b的90 10%。本發(fā)明方法在焊接過程中將兩臺激光器發(fā)出的主光束分別分成兩束焊接光束，得到兩組雙焦點(diǎn)焊接光束，所述兩束焊接光束在接頭處形成兩個聚焦光斑并行排列。其中一組雙焦點(diǎn)焊接光束并行排列于接頭兩側(cè)區(qū)域，另一組雙焦點(diǎn)焊接光束并行排列于接頭的中心區(qū)域。兩組雙焦點(diǎn)激光束同時施焊。
本發(fā)明方法通過兩組雙焦點(diǎn)焊接光束對該接頭一次焊接完成，大大簡化了焊接工序，提聞了焊接效率；同時影響焊接質(zhì)量的因素減少，焊接質(zhì)量穩(wěn)定性提聞。由于是一次焊接完成，焊縫同時冷卻，有利于減小焊縫應(yīng)力集中，控制焊接變形。作用于接頭中間區(qū)域的雙焦點(diǎn)焊接光束，由于光斑間距小，熱作用面積增加，產(chǎn)生能量耦合，不僅能夠提高能量利用率，而且焊縫的熔寬增大，接頭的接合面更容易熔合，對于提高焊接接頭的質(zhì)量非常有利。本發(fā)明針對K型接頭形式的特點(diǎn)，采用雙光束激光焊接方法，具有焊接效率高、焊接質(zhì)量好而且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是實(shí)驗(yàn)一的焊接原理示意圖；圖2是實(shí)驗(yàn)二的焊接原理示意圖；圖3是實(shí)驗(yàn)三的焊接原理示意圖； 圖4采用單光束焊接后K型接頭的焊縫形貌示意圖；圖5是采用實(shí)驗(yàn)一的方法焊接后K型接頭的焊縫形貌示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式K型接頭的雙光束激光焊接方法按以下步驟進(jìn)行應(yīng)用兩臺激光器分別發(fā)出主光束a及主光束b，將主光束a分成焊接光束11和焊接光束12，主光束b分成焊接光束21和焊接光束22，焊接光束11的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束12的聚焦斑點(diǎn)并行排布，焊接光束11作用于支板I與底板3的交界區(qū)域A，焊接光束12作用于支板2與底板3的交界區(qū)域C，焊接光束21的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束22的聚焦斑點(diǎn)并行排布且分布于支板I和支板2的交界面兩側(cè)，焊接光束21和焊接光束22作用于支板I和支板2的交界區(qū)域B ;所述焊接光束11與焊接光束12的光斑間距δ I為O. Imm 10mm，焊接光束21與焊接光束22的光斑間距δ 2為O. I謹(jǐn) 10謹(jǐn)，且δ I > δ 2 ;所述焊接光束11的能量變化范圍為主光束a的10 90%，焊接光束12的能量變化范圍為主光束a的90 10% ；所述焊接光束21的能量變化范圍為主光束b的10 90%，焊接光束22的能量變化范圍為主光束b的90 10%。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述激光器為光纖激光器、Nd: YAG固體激光器、半導(dǎo)體激光器或CO2激光器。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述焊接光束11與焊接光束12的光斑間距δ I為4. 0mm，焊接光束21與焊接光束22的光斑間距δ 2為I. 5mm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述焊接光束11與焊接光束12的光斑間距δ I為2. 0mm，焊接光束21與焊接光束22的光斑間距δ 2為O. 8mm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述焊接光束11的能量為主光束a的50%，焊接光束12的能量為主光束a的50%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述焊接光束11的能量為主光束a的30%，焊接光束12的能量為主光束a的70%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述焊接光束11的能量為主光束a的60%，焊接光束12的能量為主光束a的40%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述焊接光束21的能量為主光束b的50%，焊接光束22的能量為主光束b的50%。其它與具體實(shí)施方式
一相 同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述焊接光束21的能量為主光束b的30%，焊接光束22的能量為主光束b的70%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述焊接光束21的能量為主光束b的60%，焊接光束22的能量為主光束b的40%。其它與具體實(shí)施方式
一相同。采用下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果實(shí)驗(yàn)一結(jié)合圖IK型接頭的雙光束激光焊接方法按以下步驟進(jìn)行應(yīng)用兩臺激光器分別發(fā)出主光束a及主光束b，將主光束a分成焊接光束11和焊接光束12，主光束b分成焊接光束21和焊接光束22，焊接光束11的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束12的聚焦斑點(diǎn)并行排布，焊接光束11作用于支板I與底板3的交界區(qū)域A，焊接光束12作用于支板2與底板3的交界區(qū)域C，焊接光束21的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束22的聚焦斑點(diǎn)并行排布且分布于支板I和支板2的交界面兩側(cè)，焊接光束21和焊接光束22作用于支板I和支板2的交界區(qū)域B ;其中dl (支板I的板厚)=d2 (支板2的板厚)，a I = α 2，所述焊接光束11與焊接光束12的光斑間距δ I為4. 0mm，焊接光束21與焊接光束22的光斑間距δ 2為I. 5mm ;所述焊接光束11的能量為主光束a的50%，焊接光束12的能量為主光束a的50% ；所述焊接光束21的能量為主光束b的50%，焊接光束22的能量為主光束b的50%。所述激光器為光纖激光器。圖4所示為采用單激光沿支板I兩側(cè)順序施焊，由于單激光能量作用面積小，而且順序施焊無能量耦合作用，導(dǎo)致接頭界面處存在未熔合；此外，由于是順序施焊，接頭兩側(cè)焊縫容易出現(xiàn)不對稱，且第二道焊縫會對第一道焊縫產(chǎn)生二次重熔，大大影響接頭性能。圖5為采用本實(shí)驗(yàn)方法，從支板I兩側(cè)采用同步激光雙光束焊接的焊縫成形圖，在所述焊接過程中，由于接頭兩側(cè)均采用雙焊接光束進(jìn)行焊接，能量作用面積大，且兩側(cè)同步焊接，能量耦合作用提高了能量利用率，因此，接頭界面處熔合良好，焊縫成形對稱，接頭性能良好。實(shí)驗(yàn)二結(jié)合圖2K型接頭的雙光束激光焊接方法按以下步驟進(jìn)行應(yīng)用兩臺激光器分別發(fā)出主光束a及主光束b，將主光束a分成焊接光束11和焊接光束12，主光束b分成焊接光束21和焊接光束22，焊接光束11的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束12的聚焦斑點(diǎn)并行排布，焊接光束11作用于支板I與底板3的交界區(qū)域A，焊接光束12作用于支板2與底板3的交界區(qū)域C，焊接光束21的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束22的聚焦斑點(diǎn)并行排布且分布于支板I和支板2的交界面兩側(cè)，焊接光束21和焊接光束22作用于支板 I和支板2的交界區(qū)域B ;其中dl (支板I的板厚)> d2 (支板2的板厚)，a I = α 2，所述焊接光束11與焊接光束12的光斑間距δ I為2. 0mm，焊接光束21與焊接光束22的光斑間距δ 2為O. 8mm ;所述焊接光束11的能量為主光束a的30%，焊接光束12的能量為主光束a的70% ；所述焊接光束21的能量為主光束b的30%，焊接光束22的能量為主光束b的70%。所述激光器為Nd: YAG固體激光器。實(shí)驗(yàn)三結(jié)合圖3K型接頭的雙光束激光焊接方法按以下步驟進(jìn)行應(yīng)用兩臺激光器分別發(fā)出主光束a及主光束b，將主光束a分成焊接光束11和焊接光束12，主光束b分成焊接光束21和焊接光束22，焊接光束11的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束12的聚焦斑點(diǎn)并行排布，焊接光束11作用于支板I與底板3的交界區(qū)域A，焊接光束12作用于支板2與底板3的交界區(qū)域C，焊接光束21的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束22的聚焦斑點(diǎn)并行排布且分布于支板I和支板2的交界面兩側(cè)，焊接光束21和焊接光束22作用于支板I和支板2的交界區(qū)域B ;其中dl (支板I的板厚)=d2 (支板2的板厚)，α I古α 2，所述焊接光束11與焊接光束12的光斑間距δ I為3. 0mm，焊接光束21與焊接光束22的光斑間距δ 2為I. Omm ;所述焊接光束11的能量為主光束a的60%，焊接光束12的能量為主光束a的40% ；所述焊接光束21的能量為主光束a的60%，焊接光束22的能量為主光束b的50%。所述激光器為半導(dǎo)體激光器。
權(quán)利要求
1.K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于K型接頭的雙光束激光焊接方法按以下步驟進(jìn)行 應(yīng)用兩臺激光器分別發(fā)出主光束a及主光束b，將主光束a分成焊接光束(11)和焊接光束(12)，主光束b分成焊接光束(21)和焊接光束(22)，焊接光束(11)的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束(12)的聚焦斑點(diǎn)并行排布，焊接光束(11)作用于支板(I)與底板(3)的交界區(qū)域A，焊接光束(12)作用于支板(2)與底板(3)的交界區(qū)域C，焊接光束(21)的聚焦斑點(diǎn)與焊接光束(22)的聚焦斑點(diǎn)并行排布且分布于支板(I)和支板(2)的交界面兩側(cè)，焊接光束(21)和焊接光束(22)作用于支板(I)和支板(2)的交界區(qū)域B ; 所述焊接光束(11)與焊接光束(12)的光斑間距δ I為O. Imm 10mm，焊接光束(21)與焊接光束(22)的光斑間距δ 2為O. Imm 10_，且δ I > δ 2 ； 所述焊接光束(11)的能量變化范圍為主光束a的10 90%，焊接光束(12)的能量變化范圍為主光束a的90 10% ； 所述焊接光束(21)的能量變化范圍為主光束b的10 90%，焊接光束(22)的能量變化范圍為主光束b的90 10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述激光器為光纖激光器、Nd: YAG固體激光器、半導(dǎo)體激光器或CO2激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述焊接光束(11)與焊接光束(12)的光斑間距δ I為4. 0mm，焊接光束(21)與焊接光束(22)的光斑間距 δ 2 為 I. 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述焊接光束(11)與焊接光束(12)的光斑間距δ I為2. 0mm，焊接光束(21)與焊接光束(22)的光斑間距 δ 2 為 O. 8mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述焊接光束(11)的能量為主光束a的50%，焊接光束(12)的能量為主光束a的50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述焊接光束(11)的能量為主光束a的30%，焊接光束(12)的能量為主光束a的70%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述焊接光束(11)的能量為主光束a的60%，焊接光束(12)的能量為主光束a的40%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述焊接光束(21)的能量為主光束b的50%，焊接光束(22)的能量為主光束b的50%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述焊接光束(21)的能量為主光束b的30%，焊接光束(22)的能量為主光束b的70%。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述K型接頭的雙光束激光焊接方法，其特征在于所述焊接光束(21)的能量為主光束b的60%，焊接光束(22)的能量為主光束b的40%。
全文摘要
K型接頭的雙光束激光焊接方法，它涉及一種焊接方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有單激光焊接過程中存在的焊接效率低、焊縫應(yīng)力集中以及焊縫質(zhì)量差且不易控制的問題。本方法如下應(yīng)用兩臺激光器分別發(fā)出主光束a及主光束b，將主光束a分成焊接光束11和焊接光束12，主光束b分成焊接光束21和焊接光束22，焊接光束11作用于支板1與底板3的交界區(qū)域A，焊接光束12作用于支板2與底板3的交界區(qū)域C，焊接光束21和焊接光束22作用于支板1和支板2的交界區(qū)域B。本發(fā)明針對K型接頭形式的特點(diǎn)，采用雙光束激光焊接方法，具有焊接效率高、焊接質(zhì)量好而且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B23K26/20GK102922136SQ20121047238
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者陳彥賓, 馬國龍, 李俐群, 陶汪, 章敏 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)