一種激光焊接過程中焊縫內(nèi)部孔洞的控制方法及控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光焊接領(lǐng)域，更具體地，涉及一種激光焊接過程中焊縫內(nèi)部孔洞的控制方法及控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光焊接是近年來材料加工領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣泛的先進(jìn)加工方法之一，與其他焊接技術(shù)相比，激光焊接有著高功率，高效率，高深寬比，熱影響區(qū)小，低變形等優(yōu)勢，便于生產(chǎn)過程中的自動化控制，適用于多種材料之間的連接。因此，在航空航天、汽車、輪船、鋼鐵等行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。
[0003]激光深熔焊是一個十分復(fù)雜的過程，匙孔和等離子體的形成，匙孔內(nèi)材料蒸氣和熔池內(nèi)液態(tài)材料的流動、匙孔的穩(wěn)定性、熔池表面的變形以及各種焊接工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量都有很大的影響。在上述激光深熔焊接所涉及的各個方面中，匙孔效應(yīng)是關(guān)鍵，也是激光深熔焊接研究的熱點和難點。當(dāng)激光功率密度達(dá)到106-107W/cm2時，激光能量輸入速率遠(yuǎn)大于熱傳導(dǎo)、對流、及輻射散熱的速率，材料表面發(fā)生熔化和氣化而形成匙孔，激光通過匙孔直接作用于孔底，產(chǎn)生匙孔效應(yīng)。在匙孔壁面存在金屬蒸氣反沖壓力，重力引起的液面靜壓力，液面表面張力引起的附加壓力以及考慮熔池旋轉(zhuǎn)流動對壁面產(chǎn)生的附加壓力，這幾種力的動態(tài)平衡保證匙孔的穩(wěn)定存在。一旦焊接過程中受到外來干擾或材料內(nèi)部條件的影響，匙孔就會坍塌閉合而形成氣孔，即使在正常條件下，由于匙孔四周的液體金屬填充匙孔時，金屬蒸氣來不及快速逃逸而被封在匙孔內(nèi)，形成大的孔洞。尤其是厚板、夾層板及涂層板激光焊接時，由于板厚、氧化皮以及鍍層的影響，匙孔內(nèi)部的高溫高壓金屬蒸氣以及夾層中間的氧化皮，涂層材料的氣化容易造成匙孔的閉合和坍塌，這樣就容易形成焊縫內(nèi)部不規(guī)則的大的孔洞，從而出現(xiàn)孔洞缺陷。
[0004]激光焊接過程中，通過改變側(cè)吹氣流大小、種類，以及調(diào)節(jié)功率、速度等工藝參數(shù)能夠起到一定的減少孔洞缺陷的作用。也有人焊接時通過控制間隙，錯邊量來減少焊縫中孔洞的數(shù)量和尺寸，其他方法如對材料的預(yù)先處理，激光復(fù)合焊時采用特殊的焊絲等，這些方法能夠一定程度上減少激光焊接過程中的孔洞，但均增加了工藝和操作的復(fù)雜性，且有些方法在生產(chǎn)實踐中難以實施。
[0005]專利申請?zhí)枮?01210390068.6的中國專利說明書公開了一種激光焊接過程中焊縫內(nèi)部孔洞的控制方法及控制裝置，但是這種方法是采用吸氣的方式吸走匙孔內(nèi)的蒸氣，其吸氣時容易吸走熔池中的部分液體，破壞了熔池的穩(wěn)定性，工藝窗口窄，易產(chǎn)生焊縫下凹等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種激光焊接焊縫孔洞的控制方法及裝置，其能夠有效地解決激光深熔焊過程中的孔洞問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種激光焊接過程中焊縫內(nèi)部孔洞的控制方法，其特征在于，在激光裝置的激光頭對工件進(jìn)行深熔焊的過程中，利用吹氣裝置在熔池上方吹出氣流，以在熔池和匙孔上方形成局部負(fù)壓，從而將匙孔內(nèi)的蒸氣吹走，保證匙孔的通暢，使焊接過程中產(chǎn)生的氣體逃逸出熔池內(nèi)部而避免形成孔洞，其中，所述吹氣裝置包括與所述激光頭固定連接在一起的平吹氣嘴，所述平吹氣嘴吹出的氣流為水平方向且流速為3000m/min?6000m/min，所述平吹氣嘴的氣流出口與工件的豎直間距為2mm?5mm，并且其與激光頭發(fā)出的激光束的水平間距為Imm?4mm，所述局部負(fù)壓是熔池上方所吹氣流與大氣存在壓力差Δ P，并且Δ P = P2-Pi，1.5KPa < ΔΡ< 6KPa，Ρ2為大氣壓，P1*所吹氣流的氣壓。
[0008]按照本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種控制裝置，其包括激光裝置、氣瓶、流量閥、出氣桿和平吹氣嘴，所述氣瓶通過所述流量閥與所述出氣桿連接，所述出氣桿遠(yuǎn)離流量閥的一端安裝所述平吹氣嘴，所述流量閥用于調(diào)節(jié)流出氣瓶的氣體，所述平吹氣嘴用于吹出氣流、使氣流保持水平并提高從出氣桿流出的氣體的流速，所述激光裝置的激光頭通過轉(zhuǎn)接板與所述出氣桿固定連接。
[0009]優(yōu)選地，還包括流量計，所述流量計設(shè)置于所述流量閥與所述出氣桿之間。
[0010]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0011 ] (I)本發(fā)明能夠有效地解決激光深熔焊過程中的孔洞問題，且適合多種材料，不同板厚，不同接頭形式的激光焊接，尤其對厚板，夾層板，表面涂層板的孔洞控制有很好的效果O
[0012](2)該方法簡單易實現(xiàn)，成本低廉，適應(yīng)性強(qiáng)，出氣桿及平吹氣嘴可以固定在任何型號的激光器上，同激光保持同步移動。
[0013](3)平吹氣嘴的位置以及平吹氣嘴的長、寬容易調(diào)節(jié)，該方法只需調(diào)整平吹氣嘴與焊縫的相對位置就能方便地應(yīng)用于生產(chǎn)中且效果顯著。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明中深熔焊時的示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明中平吹氣嘴的示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明中平吹氣嘴與光束、工件的位置示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明中深熔焊時工件上產(chǎn)生匙孔、熔池示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0019]參照圖1?圖4，一種控制裝置，包括激光裝置、氣瓶9、流量閥8、出氣桿4和平吹氣嘴10，所述氣瓶9通過所述流量閥8與所述出氣桿4連接，所述出氣桿4遠(yuǎn)離流量閥8的一端安裝所述平吹氣嘴10，所述流量閥8用于調(diào)節(jié)流出氣瓶9的氣體，所述平吹氣嘴10用于吹出氣流并使氣流保持水平，所述激光裝置的激光頭2通過轉(zhuǎn)接板5與所述出氣桿4固定連接。上述出氣的各零件之間可以采用軟管6連接。
[0020]進(jìn)一步，所述控制裝置還包括流量計7，所述流量計7設(shè)置于所述流量閥8與所述出氣桿4之間，以獲得流出氣瓶9的氣體的體積。
[0021]出氣桿4的端部與平吹氣嘴10(參照圖2)相連，以確保焊接過程中高的氣流流速和方向水平。本發(fā)明中的平吹氣嘴10優(yōu)選包括傾斜部和水平部，傾斜部與水平部分別設(shè)置為第一氣體通道和第二氣體通道并且第一氣體通道和第二氣體通道相連通，傾斜部與出氣桿4固定連接，用于導(dǎo)出出氣桿4內(nèi)的氣體;水平部用于使流出的氣體為水平方