激光焊接的保护气体以及焊接方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光焊接的保护气体，其中，以体积比计算，所述保护气体包括92%～96%的惰性气体和4%～8%的CO2；其中，所述惰性气体包括He和Ar，以体积比计算，He和Ar的比例为60%～70%：30%～40%;本发明还提供了一种激光焊接的方法，其中，在焊接过程中采用侧吹式喷射如上所述的保护气体驱除焊接区域上方的光致等离子体。本发明提供的保护气体在激光焊接过程中能够有效驱除焊接区域上方的光致等离子体，降低光束吸收和散射损失，提高激光能量与焊接工件的耦合;并且该保护气体的成分成本低，降低了生产成本，适合于大规模的工业化生产。
【专利说明】激光焊接的保护气体以及焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及涉及焊接加工【技术领域】，尤其涉及一种激光焊接的保护气体以及焊接方法。
【背景技术】
[0002]激光焊接是以高功率聚焦激光束为热源，将激光束直接照射到材料表面，通过激光与材料相互作用，使材料熔融并连接，形成优良焊接接头的工艺过程。激光焊接可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接，按其热力学机制又可分为激光热传导焊接和激光深熔焊接(或称激光深穿透焊接)。激光焊接的应用始于1964年，但早期仅限于用小功率脉冲固体激光器进行薄小零件的焊接。70年代以来，随着千瓦级大功率CO2激光器的出现，激光深熔焊得到了迅速的发展。激光焊接的厚度已从零点几毫米提高到50mm，已应用于汽车、钢铁、航空、原子能、电气电子等重要工业部门。目前在世界各国激光加工的应用领域中，激光焊接的应用仅次于激光切割，约占20.9%。
[0003]在激光焊接的过程中，焊接工件表面吸收大量的热量而迅速融化并进一步汽化，在焊接工件上方形成蒸汽云团，蒸汽云团在激光光束的入射路径上，吸收热量并电离，产生等离子体。光致等离子体形成后会通过逆韧致辐射吸收和折射对激光光束产生屏蔽效应，影响光能量与焊接工件的耦合，导致大量的光能量损耗，从而影响焊接熔深的大小、气孔的产生和焊缝的组织成份等。
[0004]目前通常采用喷射保护气体的方式吹除光致等离子体，喷射保护气体主要有侧吹式和同轴式，侧吹式由于其结构简单且易于实现被广泛的应用。所述保护气体可以是He、Ar、N2或者是CO2，不同的保护气体对激光焊接的熔深有不同的影响，其中，采用纯氦作为保护气体可以得到较大熔深，但是它的分子重量较小，因此，氦保护气需要较大的流速，以保证有效的将激光光束路径上的金属蒸汽排出；并且，由于氦气的单位成本较高，大量的采用纯氦作为保护气体增加了生产成本。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术中之不足，提供一种激光焊接的保护气体以及焊接方法，该保护气体能够有效驱除焊接区域上方的光致等离子体，降低光束吸收和散射损失，提高激光能量与焊接工件的耦合；并且该保护气体的组成成分成本低，降低了生产成本,适合于大规模的工业化生产。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种激光焊接的保护气体，其中，以体积比计算，所述保护气体包括92%?96%的惰性气体和4%?8%的CO2;其中，所述惰性气体包括He和Ar，以体积比计算，He和Ar的比例为60%?70%:30%?40%。
[0007]优选的，以体积比计算，所述保护气体包括94%?96%的惰性气体和6%?8%的CO2。
[0008]优选的，以体积比计算，He和Ar的比例为65%?68%:32%?35%。[0009]优选的，以体积计算，所述保护气体包括95%的惰性气体和5%的CO2;其中，所述惰性气体包括He和Ar，以体积计算，He和Ar的比例为65%:35%。
[0010]本发明的另一方面是提供一种激光焊接的方法，其中，在焊接过程中采用侧吹式喷射保护气体驱除焊接区域上方的光致等离子体，其中，所述保护气体为如上所述的保护气体。
[0011]优选的，以焊接区域的水平面为基准，所述侧吹式喷射保护气体的喷射角度为为30 ?50°。
[0012]优选的,所述侧吹式喷射保护气体的的流速为10?20L/min。
[0013]优选的，所述激光焊接的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
[0014]本发明的有益效果是，本发明提供的激光焊接保护气体为惰性气体与CO2的混合气体，其中所述惰性气体为He和Ar的混合气体，并且He在混合气体中具有较大的比例，该保护气体能够有效驱除焊接区域上方的光致等离子体，降低光束吸收和散射损失，提高激光能量与焊接工件的耦合；并且该保护气体的组成成分成本低，降低了生产成本，适合于大规模的工业化生产。
【具体实施方式】
[0015]现在结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0016]本实施例提供的一种激光焊接的保护气体为惰性气体与CO2的混合气体，以体积计算，所述保护气体包括95%的惰性气体和5%的CO2;其中，其中所述惰性气体为He和Ar的混合气体，以体积计算，He和Ar的比例为65%:35%。
[0017]在另外的一些实施例中，以体积比计算，所述保护气体可以选择为92%?96%的惰性气体和4%?8%的CO2;其中，所述惰性气体包括He和Ar，以体积比计算，He和Ar的比例可以选择为60%?70%:30%?40%;进一步的，以体积比计算，所述保护气体可以选择为94%?96%的惰性气体和6%?8%的CO2，所述惰性气体中，以体积比计算，He和Ar的比例为 65% ?68%:32% ?35%。
[0018]本实施例还提供了一种激光焊接的方法，其中，在焊接过程中采用侧吹式喷射保护气体驱除焊接区域上方的光致等离子体，其中，所述保护气体为如上所述的保护气体。
[0019]其中，以焊接区域的水平面为基准，所述侧吹式喷射保护气体的喷射角度可以选择为30?50° ;本实施例中，该角度选择为30°。
[0020]其中，所述侧吹式喷射保护气体的的流速可以选择为10?20L/min;本实施例中，该流速选择为20L/min。
[0021]其中，所述激光焊接的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
[0022]综上所述，本发明提供的激光焊接保护气体为惰性气体与CO2的混合气体，其中所述惰性气体为He和Ar的混合气体，并且He在混合气体中具有较大的比例，该保护气体能够有效驱除焊接区域上方的光致等离子体，降低光束吸收和散射损失，提高激光能量与焊接工件的耦合；并且保护气体的成分成本低，降低了生产成本,适合于大规模的工业化生产。
[0023]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【权利要求】
1.一种激光焊接的保护气体，其特征在于，以体积比计算，所述保护气体包括92%?96%的惰性气体和4%?8%的CO2;其中，所述惰性气体包括He和Ar，以体积比计算，He和Ar的比例为60%?70%:30%?40%。
2.根据权利要求1所述的保护气体，其特征在于，以体积比计算，所述保护气体包括94%?96%的惰性气体和6%?8%的CO2。
3.根据权利要求1所述的保护气体，其特征在于，所述惰性气体中，以体积比计算，He和Ar的比例为65%?68%:32%?35%。
4.根据权利要求1所述的保护气体，其特征在于，以体积计算，所述保护气体包括95%的惰性气体和5%的CO2;其中，所述惰性气体包括He和Ar，以体积计算，He和Ar的比例为65%:35%。
5.—种激光焊接的方法，其特征在于，在焊接过程中采用侧吹式喷射保护气体驱除焊接区域上方的光致等离子体，其中，所述保护气体为权利要求1-4任一所述的保护气体。
6.根据权利要求5所述的激光焊接的方法，其特征在于，以焊接区域的水平面为基准，所述侧吹式喷射保护气体的喷射角度为为30?50°。
7.根据权利要求5所述的激光焊接的方法，其特征在于，所述侧吹式喷射保护气体的的流速为10?20L/min。
8.根据权利要求5所述的激光焊接的方法，其特征在于，所述激光焊接的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
【文档编号】B23K26/14GK103464895SQ201310384153
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】宋仁国, 徐一铭, 孔德军, 陆海, 李海 申请人:张家港市恒运新材料科技有限公司