L型铝合金结构的激光-TIG复合填丝密封焊接方法

摘要

本发明公开了一种L型铝合金结构的激光-TIG复合填丝密封焊接方法。包括焊前铝合金按照L型结构无间隙固定，在固定后L型铝合金结构外侧开V型坡口；同时提升焊接时激光、TIG焊枪和送丝嘴，先将L型铝合金结构外侧水平放置，控制第1层和第2层焊接工艺参数相同，控制第3层至最后一层焊接工艺参数相同，进行4～5层填丝焊接；外侧焊接后，将L型铝合金结构内侧向上，成45°角放置，进行5～6层填丝焊接。本发明通过多层填丝、精确控制层间温度和激光离焦量，最大程度避免了由于过大的热输入引起的L型结构变形；内外侧焊接顺序，最大程度抑制了在焊接过程中的变形趋势，保证了激光-TIG复合填丝密封焊接效率。

权利要求

1.一种L型铝合金结构的激光-TIG复合填丝密封焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：焊接前铝合金(1)按照L型结构无间隙固定，固定后形成的L型铝合金(1)结构外侧开V型坡口；

步骤二：焊接时激光(3)、TIG焊枪(4)和送丝嘴(5)同时提升，先将L型铝合金(1)结构外侧水平放置，控制第1层和第2层焊接工艺参数相同，控制第3层至最后一层焊接工艺参数相同，进行4～5层填丝焊接，最终实现L型铝合金(1)结构外侧的激光-TIG复合填丝焊接；

步骤三：完成L型铝合金(1)结构外侧焊接后，将L型铝合金(1)结构内侧向上，成45°角放置，焊接时激光(3)、TIG焊枪(4)和送丝嘴(5)同时提升，控制第1层和第2层焊接工艺参数相同，控制第3层至最后一层焊接工艺参数相同，进行5～6层填丝焊接，最终实现L型铝合金(1)结构内侧的激光-TIG复合填丝焊接；

其中：所述的第1层和第2层层间温度范围为270～290℃，激光离焦量为-0.8～-1mm，激光线能量密度为60～70J/mm，TIG电流线能量密度范围为225～360J/mm；所述的第3层至最后一层层间温度范围为300～320℃，激光离焦量为-1.2～-1.5mm，激光线能量密度为50～

55J/mm，TIG电流线能量密度范围为210～325J/mm。

2.根据权利要求1所述的L型铝合金结构的激光-TIG复合填丝密封焊接方法，其特征在于：所述的铝合金(1)厚度为10～15mm，形成的L型铝合金(1)结构外侧所开V型坡口深度H为

3～4mm。

说明书

L型铝合金结构的激光-TIG复合填丝密封焊接方法

技术领域

[0001] 本发明属于集成电路产业用铝合金的焊接成形技术领域，涉及一种L型铝合金结构的激光-TIG复合填丝密封焊接方法。适用于厚板铝合金材料，复合填丝多层双面密封焊接成形。

背景技术

[0002] 近年来随着集成电路装备制造业的飞速发展，IC装备及其它半导体装备中众多大型中厚铝合金零部件的作用和地位日益凸显，目前集成电路装备中铝合金腔体结构绝大多数采取整块毛坯整体铣削去除加工，材料利用率极低，制造周期长，成形的腔体结构精度低，需要后续加工提高精度，同时对整块毛坯的铸造要求高，直接影响最终腔体结构的质量。因此高效、节能、精密的焊接成形技术已成为半导体装备中厚铝合金零部件制造的关键技术之一，其中铝合金焊接结构的焊缝大小、热影响区范围、缺陷出现概率、焊缝致密性以及焊接精度直接关系半导体装备中铝合金零部件的稳定性和可靠性。目前传统的电弧焊接和单道单层激光-TIG复合焊接工艺在焊接腔体结构典型的L型铝合金结构时，由于焊缝宽、热影响区大、缺陷率高以及焊接变形大等问题严重制约焊接成形铝合金腔体结构的质量。

发明内容

[0003] 为解决目前激光-TIG复合填丝密封焊接半导体装备L型铝合金结构过程所带来的问题，本发明提供一种L型铝合金结构的激光-TIG复合填丝密封焊接方法，它是采用激光-TIG复合填丝密封焊接对10～15mm厚度铝合金进行多层填丝焊接，利用小激光和小TIG电流线能量密度输入，实现稳定、小热影响区、高致密性和高精度的铝合金L型结构的激光-TIG复合填丝密封焊接。

[0004] 本发明所采用的技术方案包括以下内容：

[0005] 一种L型铝合金结构的激光-TIG复合填丝密封焊接方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤一：焊接前铝合金按照L型结构无间隙固定，固定后形成的L型铝合金结构外侧开V型坡口；

[0007] 步骤二：焊接时激光、TIG焊枪和送丝嘴同时提升，先将L型铝合金结构外侧水平放置，控制第1层和第2层焊接工艺参数相同，控制第3层至最后一层焊接工艺参数相同，进行4～5层填丝焊接，最终实现L型铝合金结构外侧的激光-TIG复合填丝焊接；

[0008] 步骤三：完成L型铝合金结构外侧焊接后，将铝合金L型结构内侧向上，成45°角放置，焊接时激光、TIG焊枪和送丝嘴同时提升，控制第1层和第2层焊接工艺参数相同，控制第3层至最后一层焊接工艺参数相同，进行5～6层填丝焊接，最终实现铝合金L型结构内侧的激光-TIG复合填丝焊接。

[0009] 进一步地，所述的铝合金厚度为10～15mm，L型铝合金结构外侧所开V型坡口深度H为3～4mm。

[0010] 进一步地，所述的焊接工艺参数为层间温度、激光离焦量、激光线能量密度、TIG电流线能量密度。

[0011] 进一步地，所述的第1层和第2层层间温度范围为270～290℃、激光离焦量为-0.8～-1.0mm、激光线能量密度为60～70J/mm、TIG电流线能量密度范围为225～360J/mm。

[0012] 进一步地，所述的第3层至最后一层层间温度范围为300～320℃、激光离焦量为-1.2～-1.5mm、激光线能量密度为50～55J/mm、TIG电流线能量密度范围为210～325J/mm。

[0013] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：：

[0014] 1.本发明通过多层填丝、精确控制层间温度和激光离焦量，极大降低了激光和TIG电流的线能量密度，最大程度保证了L型铝合金结构焊接过程获得小热影响区焊接接头，避免由于过大的热输入引起的L型结构变形，实现了通过降低热输入量来提高焊接精度。

[0015] 2.本发明通过规划L型铝合金结构的内外侧焊接顺序，最大程度抑制了L型铝合金结构在焊接过程中的变形趋势，保证了激光-TIG复合填丝密封焊接效率，有利于获得相对较小的焊缝和近无变形的焊接结构。

[0016] 3.本发明降低了激光和TIG电流的线能量密度，可以有效减小热影响区范围，避免焊接缺陷，提高焊缝致密性，有利于控制L型铝合金结构的焊接变形大小，获得近无变形的焊接结构。

附图说明

[0017] 图1为本发明在L型铝合金结构外侧焊接过程示意图。

[0018] 图2为本发明在L型铝合金结构内侧焊接过程示意图。

[0019] 图3为本发明L型铝合金结构外侧坡口示意图。

[0020] 图中1.铝合金 2.焊丝 3.激光 4.TIG焊枪 5.送丝嘴

具体实施方式

[0021] 下面结合附图对本发明进行举实例详细说明：

[0022] 实施例1：以10mm厚6061铝合金1为例，焊接前将10mm厚6061铝合金1按照L型结构无间隙对接，而后在形成的L型结构外侧开V型坡口，V型坡口深度3mm，单边角度43°；调整激光3、TIG焊枪4和送丝嘴5相对位置，实现激光、TIG焊枪和送丝嘴同时提升；所用焊丝2直径1.2mm。

[0023] 首先对L型铝合金1结构外侧进行焊接，将L型铝合金1结构外侧水平放置，填丝焊接第1层焊接工艺参数激光线能量密度70J/mm，TIG电流线能量密度360J/mm，层间温度290℃，激光离焦量-0.9mm；第2层与第1层焊接工艺参数相同，激光线能量密度70J/mm，TIG电流线能量密度360J/mm，层间温度290℃，激光离焦量-0.9mm；第3层激光线能量密度55J/mm，TIG电流线能量密度300J/mm，层间温度310℃，激光离焦量-1.2mm；第4层与第3层焊接工艺参数相同，激光线能量密度55J/mm，TIG电流线能量密度300J/mm，层间温度310℃，激光离焦量-1.2mm，通过填加4层焊丝实现10mm厚6061L型铝合金(1)结构外侧的小热影响区、高致密性和近无变形的激光-TIG复合填丝密封焊接。

[0024] 然后对L型铝合金1结构内侧进行焊接，将L型铝合金1结构内侧向上，成45度角放置，填丝焊接第1层焊接工艺参数激光线能量密度65J/mm，TIG电流线能量密度300J/mm，层间温度280℃，激光离焦量-1mm；第2层与第1层焊接工艺参数相同，激光线能量密度65J/mm，TIG电流线能量密度300J/mm，层间温度280℃，激光离焦量-1mm；第3层激光线能量密度50J/mm，TIG电流线能量密度240J/mm，层间温度320℃，激光离焦量-1.5mm；第4层和第5层与第3层焊接工艺参数相同，激光线能量密度50J/mm，TIG电流线能量密度240J/mm，层间温度320℃，激光离焦量-1.5mm，通过填加5层焊丝实现10mm厚6061L型铝合金1结构内侧小热影响区、高致密性和近无变形的激光-TIG复合填丝密封焊接。

[0025] 实施例2：以15mm厚6061铝合金1为例，焊接前将15mm厚6061铝合金1按照L型结构无间隙对接，而后在结构外侧开V型坡口，V型坡口深度4mm，单边角度45°；调整激光3、TIG焊枪4和送丝嘴5相对位置，实现激光3、TIG焊枪4和送丝嘴5同时提升；所用焊丝2直径1.2mm。

[0026] 首先对L型铝合金1结构外侧进行焊接，将L型铝合金1结构外侧水平放置，填丝焊接第1层焊接工艺参数激光线能量密度70J/mm，TIG电流线能量密度360J/mm，层间温度290℃，激光离焦量-1mm；第2层与第1层焊接工艺参数相同，激光线能量密度70J/mm，TIG电流线能量密度360J/mm，层间温度290℃，激光离焦量-1mm；第3层激光线能量密度55J/mm，TIG电流线能量密度325J/mm，层间温度300℃，激光离焦量-1.5mm；第4和第5层与第3层焊接工艺参数相同，激光线能量密度55J/mm，TIG电流线能量密度325J/mm，层间温度300℃，激光离焦量-1.5mm，通过填加5层焊丝实现15mm厚6061L型铝合金1结构外侧的小热影响区、高致密性和近无变形的激光-TIG复合填丝密封焊接。

[0027] 然后对L型铝合金1结构内侧进行焊接，将L型铝合金1结构内侧向上，成45度角放置，填丝焊接第1层焊接工艺参数激光线能量密度60J/mm，TIG电流线能量密度225J/mm，层间温度270℃，激光离焦量-1mm；第2层与第1层焊接工艺参数相同，激光线能量密度60J/mm，TIG电流线能量密度225J/mm，层间温度270℃，激光离焦量-1mm；第3层激光线能量密度50J/mm，TIG电流线能量密度210J/mm，层间温度320℃，激光离焦量-1.5mm；第4、第5和第6层与第3层焊接工艺参数相同，激光线能量密度50J/mm，TIG电流线能量密度210J/mm，层间温度320℃，激光离焦量-1.5mm，通过填加6层焊丝实现15mm厚6061L型铝合金1结构内侧小热影响区、高致密性和近无变形的激光-TIG复合填丝密封焊接。

[0028] 以上所述实例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。