專利名稱：一種減少1420鋁鋰合金激光焊接氣孔的裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于高功率激光加工技術領域，特別涉及一種減少1420鋁鋰合金 激光焊接氣孔的裝置。
技術背景鋁鋰合金是航空、航天領域常用的輕金屬結構材料，這些結構常采用焊 接工藝制造，20世紀60年代以來常使用氫弧焊工藝、90年代以來也采用激 光焊接工藝。但是，鋁鋰合金悍縫中的氣孔比常規鋁合金的更為嚴重，這主 要是由于鋰和氧的親和力很強，使得鋁鋰合金表面在高溫加工成材的過程中 很容易形成疏松氧化膜，這層表面氧化膜極易吸附周圍環境中的水分，焊接 時導致氫原子進入熔池，在焊后冷卻過程中導致鋁鋰合金焊縫中存在嚴重的 氫氣孔，使焊縫的強度下降，嚴重降低了焊接接頭質量。目前，公知的減少 鋁鋰合金焊縫氣孔的方法主要是在焊前準備時對加工表面進行嚴格處理，采 用的主要方法有真空爐中預除氣法、使用機械加工工藝銑削掉氧化膜、或對 其表面進行化學銑削即采用堿洗的方法，在NaOH溶液中侵蝕后再用HN03洗掉 反應物。雖然采用這些方法可以控制鋁鋰合金激光焊接時的氣孔產生，但是 在大規模工業應用時，大量的鋁鋰合金焊接會由于這樣的焊前準備工作使用 大量的人力、花費大量的時間，從而延長結構制造的有效周期，而且大量工 業溶劑的使用勢必造成很大的二次污染。 發明內容本發明提供一種減少1420鋁鋰合金激光焊接氣孔的裝置，該裝置完全不 需要上述焊前預處理過程，就可以達到大幅度減少鋁鋰合金焊縫氣孔的目的。 不但減少了鋁鋰合金焊前處理步驟，減少了不必要的污染和浪費，還可以有 效提高其焊縫質量。為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。 一種減少1420鋁鋰合金激光焊接氣孔的裝置，包括有第一分光反射鏡、第二分光反射鏡、第一聚 焦鏡、第二聚焦鏡。其中，從激光器發出的主光束通過第一分光反射鏡和第 二分光反射鏡分為第一分光束和第二分光束，第一分光束和第二分光束分別 通過第一聚焦鏡和第二聚焦鏡聚焦為第一聚焦光束和第二聚焦光束，第一聚 焦光束和第二聚焦光束作用于工件的表面，第一聚焦光束和第二聚焦光束在 工件表面產生的兩光斑中心點之間的連線與焊接方向平行。所述的工件表面的兩個光斑中心點之間的距離大于0且小于等于10mm。 所述的第一聚焦光束8和第二聚焦光束9之間的夾角為22。 30° 。 所述的第一聚焦光束8和第二聚焦光束9的光功率比例為第一聚焦光 束8的光功率比例調節范圍為大于0且小于等于70%，第二聚焦光束9的光 功率比例調節范圍為大于等于30且小于100°%。本發明的原理通過分光裝置把一束激光分成可以調節角度的兩束激光， 兩束激光的功率分配如上述可以相同，也可以不同。并分別通過聚焦鏡聚焦。 當用于減少1420鋁鋰合金激光焊接氣孔時，兩焦點連線平行于焊接方向，前 一束光通過調節離焦量來增大光斑面積降低焦斑密度，后一束光的焦點作用 在前一束光同一表面上。前一束光用來重熔工件表面，后一束光用來焊接工 件。表面氧化膜在前一束光的輻照下燃燒和氣化，而重熔時熔深極淺，重熔 層中基本不存在氧化膜造成的氣孔；后一束光在焊接時便處于已沒有氧化膜 的重熔表面狀態，這樣就可以極大地減少焊縫中由氧化膜的影響形成的氫氣 孔，達到大幅度減少氣孔、提高焊縫質量的目的。同時，由于后一束光是輻 照在前一束光形成的液態熔池表面，因此提高了液體金屬對激光的吸收，從 而有效地提高了激光的利用效率。本發明的有益效果是可以不需要任何焊前預處理，簡單方便的大幅度減 少鋁鋰合金焊縫中的氣孔，節省資源、防止污染并且提高效率。


圖l是本發明的光路原理2是兩束激光聚焦后的角度形成光路原理3是工件表面加工示意中1、主光束，2、第一分光反射鏡，3、第二分光反射鏡，4、第一 分光束，5、第二分光束，6、 Ll位置第一聚焦鏡，6' 、 L2位置第一聚焦鏡， 7、第二聚焦鏡，8、第一聚焦光束，9、第二聚焦光束，10、工件，11、第三 聚焦光束，12、焊縫。
具體實施方式
下面結合附圖1 3對本發明作進一步說明。本實施例將從一個激光源產生的一束激光分為兩束激光，然后，采用兩個 獨立的焊接頭將分光后的兩束激光分別聚焦，并匯聚于工件的同一個表面進 行同步施焊。本實施例中焊接所需的兩束激光是由一臺C02激光器產生的一 束激光通過分光的方式獲得。如圖1 圖3所示，本實施例包括有第一分光反射鏡2、第二分光反射鏡3、 第一聚焦鏡和第二聚焦鏡7。激光器發出的主光束1通過第一分光反射鏡2和 第二分光反射鏡3分為左右兩個光束，即第一分光束4和第二分光束5。第一 分光束4和第二分光束5通過左右兩個聚焦鏡(第一聚焦鏡6和第二聚焦鏡7) 分別聚焦，聚焦后的光束，即第一聚焦光束8和第二聚焦光束9作用于工件 10表面的同一個水平位置，兩個聚焦光束在工件表面形成的兩個光斑中心點 之間的距離為0. 5-1. 5mm。第一聚焦光束8和第二聚焦光束9之間的角度為22?；?0° 。設置第一 分光束4的傳輸路徑長分別為Ll和L2，當第一聚焦鏡6位于路徑Ll位置時， 第一聚焦光束8和第二聚焦光束9之間的夾角為22° ;當第一聚焦鏡6'位 于路徑L2位置時，第三聚焦光束11和第二聚焦光束9之間的夾角為30。。本實施例中的第一分光反射鏡2相對于主光束1的徑向可以左右移動，可 以精確調整左右兩個光束(第一聚焦光束8和第二聚焦光束9)的光功率比例， 其中第一聚焦光束9的光功率比例調節范圍為大于等于30且小于100%。為了達到去除氧化膜、減少焊前預處理的目的，在激光焊接時，采用兩束 光斑的中心連線平行于焊接方向的方法。第二聚焦束光9作用在工件10表面 上達到重熔表面消除氧化膜的目的，第一聚焦束光8與第二聚焦束光9的光 斑中心點保持0. 5 1. 5mm的距離聚焦在工件表面上達到焊接的目的，形成焊 縫12。典型的鋁鋰合金對接焊工藝參數為板厚1.9mm ，擴散冷卻(slab) C02 激光器，激光功率3500W，兩束光夾角22°，兩束光功率分配相同，兩焦點距 離O. 5 1.5mm，第二聚焦光束9離焦量+20 mm，第一聚焦光束8離焦量0 mm， 焊接速度2m/min。
權利要求
1. 一種減少1420鋁鋰合金激光焊接氣孔的裝置，其特征在于包括有第一分光反射鏡(2)、第二分光反射鏡(3)、第一聚焦鏡和第二聚焦鏡(7)；其中，從激光器發出的主光束(1)通過第一分光反射鏡(2)和第二分光反射鏡(3)分為第一分光束(4)和第二分光束(5)，第一分光束(4)和第二分光束(5)分別通過第一聚焦鏡(6)和第二聚焦鏡(7)聚焦為第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)，第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)作用于工件(10)的表面，第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)在工件(10)表面產生的兩光斑中心點之間的連線與焊接方向平行。
2、 根據權利要求1所述的一種減少1420鋁鋰合金激光焊接氣孔的裝置，其 特征在于所述的工件(10)表面的兩個光斑中心點之間的距離大于0且小 于等于lOmm。
3、 根據權利要求1或權利要求2所述的一種減少1420鋁鋰合金激光焊接氣 孔的裝置，其特征在于所述的第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)之 間的夾角為22。 30° 。
4、 根據權利要求1或權利要求2所述的一種減少1420鋁鋰合金激光焊接氣 孔的裝置，其特征在于所述的第一聚焦光束(8)和第二聚焦光束(9)的 光功率比例為第一聚焦光束(8)的光功率比例為大于0且小于等于70%， 第二聚焦光束(9)的光功率比例為大于等于30且小于100%。
全文摘要
本發明屬于高功率激光加工技術領域，特別涉及一種減少1420鋁鋰合金激光焊接氣孔的裝置。包括有第一分光反射鏡、第二分光反射鏡、第一聚焦鏡和第二聚焦鏡。其中，從激光器發出的主光束通過第一分光反射鏡和第二分光反射鏡分為第一分光束和第二分光束，第一分光束和第二分光束分別通過第一聚焦鏡和第二聚焦鏡聚焦為第一聚焦光束和第二聚焦光束，第一聚焦光束和第二聚焦光束作用于工件的表面，第一聚焦光束和第二聚焦光束在工件表面產生的兩光斑中心點之間的連線與焊接方向平行。本發明可以不需要任何焊前預處理，簡單方便的大幅度減少鋁鋰合金焊縫中的氣孔，節省資源、防止污染并且提高效率。
文檔編號B23K26/32GK101249587SQ20081010349
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月7日 優先權日2008年4月7日
發明者楊武雄, 肖榮詩, 鎧 陳, 瑞 黃 申請人:北京工業大學