(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210924386.X (22)申请日 2022.08.02 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 211106 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 陈纪城　郭凯　王庆国　魏艳红　 马振一　 (51)Int.Cl. B23K 26/06(2014.01) B23K 26/16(2006.01) B23K 26/24(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种基于可调环模式的铝合金激光焊接工 艺 (57)摘要 本发明公开了一种基于可调环模式的铝合 金激光焊接工艺， 属于高能束焊接技术领域。 该 工艺针对铝合金激光深熔焊中因材料固有属性 及激光加工工艺影 响所导致的焊道成形差， 高速 焊接下的大量驼峰， 飞溅等焊接宏观缺陷问题， 采用可调环模式(ARM)光纤激光器， 通过改变中 心部分(点)和环形部分(环)的激光功率配比来 调控熔池的流动状态， 保障熔深的同时保持相对 开放的匙孔， 避免高速焊接下熔体以飞溅物的形 式喷出， 实现了焊道成形良好的铝合金激光焊接 工艺。 该工艺可明显减少高速焊接下的焊道驼 峰， 飞溅等宏观缺陷问题， 保障焊缝的均匀性和 连续性， 对促进铝合金高速激光焊接的应用与发 展具有重要意 义。 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 CN 115055810 A 2022.09.16 CN 115055810 A 1.一种基于可调 环模式的铝合金激光焊接工艺， 其特征在于： 焊接母材为6mm厚的5056 铝合金中厚板， 以平板自熔焊形式进行焊接； 采用可调环模式(ARM)激光作为焊接热源， 中 心部分激光功率为0 ‑4kW， 环形激光功率为0 ‑2kW； 焊接速度为1.2m/min； 离焦量为0mm； 中心 部分光斑直径为50 μm； 环形部分光斑直径内径为75 μm， 外径为150 μm； 采用纯氩作为保护气 体， 流量为15L/mi n。 2.根据权利要求1所述的一种基于可调环模式的铝合金激光焊接工艺， 其特征在于： 采 用可调环模式(ARM)光纤激光器产生激光热源。 可调环模式通过将两个光纤激光器结合在 一起， 光纤由焦点处的圆形和环形激光束组成， 激光系统中两个独立的谐振器的存在提供 了独立改变两个激光束中的功率分布的能力， 通过独立改变中心光束及环形光束的功率， 进而改善焊接过程中的飞溅， 驼峰等宏观缺陷， 获取成形均匀良好的焊缝。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115055810 A 2一种基于可调环模式的铝合金激光焊接工艺 技术领域 [0001]本发明提出的一种基于可调环模式的铝合金激光焊接工艺， 属于高能束焊接技术 领域， 适用于改善铝合金高速 激光焊接过程产生的大量飞溅， 驼峰等焊道成形差的问题。 背景技术 [0002]铝合金因其在耐蚀性， 导热性， 抗压性及可加工性方面的显著优势， 被广 泛的应用 在航空航天、 轨道交通、 船舶结构等重要的焊接结构件中。 而相较于传统的弧焊方法， 激光 深熔焊作为高能束焊， 较小的热输入导致焊后变形更小， 残 余应力更低， 焊接效率更高等优 点， 特别适用于铝合金构件的高速焊接 。 [0003]激光焊接的理想情况是具有高吸收率和低热导率的材料， 通常， 随着材料变热， 吸 收率会增加。 对于铝合金， 在达到熔点后， 吸收率迅速增加， 使 得焊接过程变得非常不稳定， 容易出现大量的飞溅、 驼峰、 气孔等宏观焊接缺陷， 使得获取良好表面质量的激光深熔焊道 成为一个较大的挑战。 [0004]针对上述问题， 国外的激光器制造商推出了一种可调环模式(ARM)光纤激光器， 适 用于各种材料和厚度。 ARM光纤激光器将两个光纤激光器结合在一起， 光纤由焦点处的中心 和环形激光束组成， 两个独立的谐振器可独立的改变两个激光束中的功率分布。 有少量的 研究表明， 中心激光束可保 障足够的焊缝熔深， 而环形激光束可扩大激光诱导的匙孔并保 持匙孔开口时间， 具有 稳定匙孔的作用， 可有效减少高速激光焊接中的飞溅与焊道驼峰。 但 是， 该种类激光器因其较为 新颖， 研究基础薄弱， 尚未 形成系统的焊接 工艺改善方案 。 [0005]目前， 在常规激光高速焊接铝合金条件下产生的大量的飞溅与驼峰等宏观焊接缺 陷问题尚未 得到较好的解决， 一定程度上制约了铝合金高速 激光焊接技 术的发展。 发明内容 [0006]鉴于背景技术的局限性， 本发明提出了一种基于可调环模式的铝合金激光焊接工 艺， 无需复杂的外部工装， 通过独立调节中心部分及环形部分光束功 率， 显著改善了铝合金 高速激光焊接产生的大量飞溅与驼峰问题， 获得连续均匀的焊缝成形， 可为铝合金高速激 光焊接提供 借鉴。 [0007]本发明的技 术方案为： [0008]一种基于可调环模式的铝合金激光焊接工艺， 采用厚度为6mm的5056中厚板铝合 金作为焊接母材， 以平板自熔焊形式进 行焊接； 采用可调环模式激光器作为焊接激光热源， 中心部分激光功率为0 ‑4kW， 环形部分激光功率为0 ‑2kW， 激光离焦量为0mm， 焊接速度为 1.2m/min， 中心部分光斑直径为50 μm， 环形部分光斑直径内径为75 μm， 外径 为150 μm； 采用纯 氩气作为保护气体， 流 量为15L/mi n。 [0009]进一步地， 所采用的激光焊接设备为飞博PAM高功率连续光纤激光器， 最大输出功 率为6kW， 其中中心光束最大输出功率为4kW， 环形光束最大输出功率为2kW， 中心波长为 1070～1090nm， 最大调制频率为5kHz， 中心光束质量＜2.2mm ×mrad， 环形光束质量＜7mm ×说　明　书 1/3 页 3 CN 115055810 A 3