一种基于扫描激光的后置送粉焊接方法技术

本发明专利技术提出一种基于扫描激光的后置送粉焊接方法，包括步骤1、将待处理材料表面预处理，放置于工作平台上；步骤2、开启激光引导光，将粉末送进位置调整至熔池尾部，对材料的待处理部分进行对中，并调整送粉管、激光引导光光束、焊接方向三者在同一平面；将激光扫描形式选择为无穷形、直线形、圆形中的任意一种，设置激光扫描参数，设置粉末送进位置与激光引导光光束的相对位置；步骤3、粉末选择填充金属粉末、形核剂、强化颗粒三者中的一种或任意几种的组合，将配制均匀的粉末置于送粉装置；设置焊接参数，进行材料待处理部分的焊接。该方法能改善焊缝咬边、激光送粉焊接位置调整精度要求高的问题，能高效、高质量的在金属表层制造等轴细晶区。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫描激光的后置送粉焊接方法
本专利技术涉及材料加工工程
，尤其涉及一种基于扫描激光的后置送粉焊接方法。
技术介绍
激光焊接具有能量密度大、热影响区小、焊接效率高等优点，随着现代工业进步，激光器制造成本下降并逐渐普及，激光焊接已经广泛应用于同种材料焊接、异种材料焊接及表面改性的生产线。焊接过程中液态金属流动、蒸发、飞溅将导致被焊部位发生质量损失，造成咬边，影响焊缝成形质量与接头性能，所以需要填送材料。实芯刚性焊丝送进时阻力大幅变化，将导致焊接过程失稳；一旦焊丝偏离指定位置，焊丝与激光耦合不良，极易产生顶丝事故，迫使焊接过程终止。填粉激光焊由于粉末送进柔性大，对于前述填丝激光焊的问题能够较好的解决而得到应用，但填粉激光焊熔池较小，粉末易送偏、易未充分熔化，导致回收粉末频率增加，且熔池后方能量未得到充分利用而被浪费，因此基于送粉的激光焊接方法有待进一步开发。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本申请提出了一种基于扫描激光的后置送粉焊接方法，以便能够改善焊缝咬边、激光送粉焊接位置调整精度要求高的问题，并能高效率、高质量的在金属表层制造等轴细晶区。为了实现上述目的，本申请提出了一种基于扫描激光的后置送粉焊接方法，包括以下步骤：步骤1、将待处理材料表面进行预处理，之后放置于工作平台上；步骤2、开启激光引导光，以激光引导光光束与材料接触点为原点，记作O，激光引导光光束轴线为Z轴，焊缝方向为Y轴，垂直YOZ平面、并过O点的直线记为X轴；将粉末送进位置调整至熔池尾部，而后对材料的待处理部分进行对中，并调整送粉管、激光引导光光束、焊接方向三者在YOZ平面；将激光扫描形式选择为无穷形、直线形、圆形中的任意一种，激光扫描频率取3～300Hz；激光扫描幅度取0.2～5mm，粉末送进位置与激光引导光光束沿Y方向距离取0.2～2mm，沿X方向距离取-1.5～1.5mm，沿Z方向距离取0.2～4mm；步骤3、粉末选择填充金属粉末、形核剂、强化颗粒三者中的一种或任意几种的组合，颗粒直径为10～150微米，单位时间粉末送进体积为0.2～1.5cm3/min；当粉末选择为强化颗粒，形核剂两种中的任意一种或两种与填充金属粉末混合组成混合粉末时，填充金属粉末体积占比为50～70％，而后将配制均匀的粉末置于送粉装置中；随后设置焊接参数，进行材料待处理部分的焊接。在一些实施例中，在所述步骤1中，预处理为打磨、丙酮擦洗去除油污、清洗液去除氧化膜、烘干中的一种或任意几种的组合。在一些实施例中，在所述步骤3中，焊接参数及其范围为：焊接速度为0.2～2.4m/min；激光功率为600～5500W；离焦量为-8～+20mm；保护气采用氩气，保护气流量为15～25L/min。本申请的该方案的有益效果在于上述基于扫描激光的后置送粉焊接方法使用扫描激光扩展熔池宽度、长度，使后置送粉的可选范围增加，一定程度上降低了送粉管材料的耐高温要求，降低送粉管对中要求，提高粉末利用率、减少填充粉末回收频率，从而降低生产成本、提高生产效率。前方激光能量全部用于熔化母材，熔池尾部的能量被后置送进的粉末吸收，能量利用率大幅提升，且粉末熔化过程无与激光的直接接触，极大地减少飞溅，材料损失减小；后置送入的粉末，不仅将熔池能量再利用，还可以充当形核质点细化晶粒，并且吸收热量使扫描激光焊缝中的热导区面积消减，扩大等轴晶区范围，并且送进的粉末可对熔池凝固直接进行调控。激光填粉代替常用的激光填丝，使在填充材料中添加合金元素、强化颗粒、形核剂方便快捷，从而简化焊缝元素组成、熔池凝固的调控步骤；同时，由于粉末熔化产生的液滴相较于焊丝的液滴小，对匙孔的冲击微弱，保证匙孔不受来自熔滴过渡的干扰，稳定焊接过程，降低气孔率，提高焊接部位质量。附图说明图1示出了实施例中扫描激光焊接装置示意图。图2示出了实施例1中焊缝横截面方向粉末送进位置可调范围示意图。图3示出了实施例2中焊缝横截面方向粉末送进位置可调范围示意图，其中a)为熔焊的情况，b)为熔钎焊的情况。图4示出了实施例3中焊缝横截面方向粉末送进位置可调范围示意图。附图标记：1-粉末送进位置可调范围，2-熔池未送进粉末时的横截面状态。具体实施方式下面结合实施例对本申请的具体实施方式作进一步的说明。如图1所示，本申请所涉及的基于扫描激光的后置送粉焊接方法包括以下步骤：步骤1、将待处理材料表面进行预处理，之后放置于工作平台上。其中预处理为打磨、丙酮擦洗去除油污、清洗液去除氧化膜、烘干中的一种或任意几种的组合。步骤2、开启激光引导光，以激光引导光光束与材料接触点为原点，记作O，激光引导光光束轴线为Z轴，焊缝方向为Y轴，垂直YOZ平面、并过O点的直线记为X轴；将粉末送进位置调整至熔池尾部，而后对材料的待处理部分进行对中，并调整送粉管、激光引导光光束、焊接方向三者在YOZ平面；将激光扫描形式选择为无穷形、直线形、圆形中的任意一种，激光扫描频率取3～300Hz；激光扫描幅度取0.2～5mm，粉末送进位置与激光引导光光束沿Y方向距离取0.2～2mm，沿X方向距离取-1.5～1.5mm，沿Z方向距离取0.2～4mm。步骤3、粉末选择填充金属粉末、形核剂、强化颗粒三者中的一种或任意几种的组合，颗粒直径为10～150微米，单位时间粉末送进体积为0.2～1.5cm3/min；由于粉末配比需确保送进的粉末能够充分熔化，因此当粉末选择为强化颗粒，形核剂两种中的任意一种或两种与填充金属粉末混合组成混合粉末时，填充金属粉末体积占比为50～70％，而后将配制均匀的粉末置于送粉装置中；随后设置焊接参数，进行材料待处理部分的焊接。具体的，在所述步骤3中，焊接参数及其范围为：焊接速度为0.2～2.4m/min；激光功率为600～5500W；离焦量为-8～+20mm；保护气采用氩气，保护气流量为15～25L/min。本申请所涉及的基于扫描激光的后置送粉焊接方法可以应用于三种不同的情况，下面分三个实施例进行说明。实施例1如图2所示，在本实施例中，本申请所涉及的基于扫描激光的后置送粉焊接方法用于同种材料的焊接。这种情况下，所述步骤2中的激光扫描频率取20～300Hz；激光扫描幅度取1～5mm。所述步骤2中，粉末在熔池尾部具体的送进位置，应当根据激光扫描频率、激光扫描幅度、熔池的图像采集共同决定。具体的，熔池图像采集可以通过普通相机添减滤光片、减光片进行采集，粉末送进位置参考熔池图像中熔池的长度、宽度大小选取。在所述步骤2中，粉末送进位置会产生变化，是因为激光扫描频率、激光扫描幅度的变化将改变熔池形貌，应根据熔池沿焊缝方向的长度，调整粉末在熔池后方的送进位置。实施例2如图3所示，在本实施例中，本申请所涉及的基于扫描激光的后置送粉焊接方法用于异种材料的焊接。将同种材料/异种材料区分开的原因是：异种材料的熔点存在差异，焊缝两侧形貌必然不同，于是可以根据此特点，采用后置送粉对异种材料焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扫描激光的后置送粉焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、将待处理材料表面进行预处理，之后放置于工作平台上；/n步骤2、开启激光引导光，以激光引导光光束与材料接触点为原点，记作O，激光引导光光束轴线为Z轴，焊缝方向为Y轴，垂直YOZ平面、并过O点的直线记为X轴；将粉末送进位置调整至熔池尾部，而后对材料的待处理部分进行对中，并调整送粉管、激光引导光光束、焊接方向三者在YOZ平面；将激光扫描形式选择为无穷形、直线形、圆形中的任意一种，激光扫描频率取3～300Hz；激光扫描幅度取0.2～5mm，粉末送进位置与激光引导光光束沿Y方向距离取0.2～2mm，沿X方向距离取-1.5～1.5mm，沿Z方向距离取0.2～4mm；/n步骤3、粉末选择填充金属粉末、形核剂、强化颗粒三者中的一种或任意几种的组合，颗粒直径为10～150微米，单位时间粉末送进体积为0.2～1.5cm

【技术特征摘要】
1.一种基于扫描激光的后置送粉焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将待处理材料表面进行预处理，之后放置于工作平台上；
步骤2、开启激光引导光，以激光引导光光束与材料接触点为原点，记作O，激光引导光光束轴线为Z轴，焊缝方向为Y轴，垂直YOZ平面、并过O点的直线记为X轴；将粉末送进位置调整至熔池尾部，而后对材料的待处理部分进行对中，并调整送粉管、激光引导光光束、焊接方向三者在YOZ平面；将激光扫描形式选择为无穷形、直线形、圆形中的任意一种，激光扫描频率取3～300Hz；激光扫描幅度取0.2～5mm，粉末送进位置与激光引导光光束沿Y方向距离取0.2～2mm，沿X方向距离取-1.5～1.5mm，沿Z方向距离取0.2～4mm；
步骤3、粉末选择填充金属粉末、形核剂、强化颗粒三者中的一种或任意几种的组合，颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，孟正，马程远，檀财旺，宋晓国，冯吉才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37