一种车用钢-铝的焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种车用钢‑铝的焊接方法，其特征在于：步骤1、提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件；步骤2、将第一工件和第二工件准确叠接并夹紧；步骤3、提供第三工件，第三工件位于第二工件的正上方；步骤4、提供激光切割系统；步骤5、提供气柱喷枪；步骤6、提供超声振动装置；步骤7、启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的激光束垂直辐照第三工件上表面；步骤8、启动气柱喷枪，气柱喷枪喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴；步骤9、启动超声波发生装置；步骤10、完成焊接过程。相对于现有技术，本发明专利技术具有良好的焊接效果。

A Welding Method of Automotive Steel-Aluminum

The invention relates to a welding method for automotive steel and aluminium, which is characterized by: step 1, providing the first and second workpieces that need overlapping welding; step 2, accurately overlapping and clamping the first and second workpieces; step 3, providing the third workpiece, which is located directly above the second workpiece; step 4, providing excitation. Optical cutting system; Step 5, air-column spray gun; Step 6, ultrasonic vibration device; Step 7, start laser cutting system, laser beam formed by laser cutting head vertically irradiates the upper surface of the third workpiece; Step 8, start air-column spray gun, which sprays inert gas to act on metal melting formed by laser cutting. Drop; Step 9, start the ultrasonic generator; Step 10, complete the welding process. Compared with the prior art, the invention has good welding effect.

【技术实现步骤摘要】
一种车用钢-铝的焊接方法
本专利技术涉及焊接领域，尤其涉及一种车用钢-铝的焊接方法。
技术介绍
伴随世界各国节能减排政策的出台，汽车轻量化设计理念及低碳环保的产品越来越受到消费者的青睐。钢-铝异种金属的复合结构在汽车，机车等运载工具领域已然表现出了巨大的应用前景。因此，解决钢-铝异种金属的连接成为当务之急。对于钢-铝异种金属，由于两者的材料热物理，化学性能差异较大，熔化焊接时在连接界面会产生大量脆性的金属间化合物，严重影响连接接头的力学性能。为了避免钢-铝异种金属在液态下发生冶金反应，人们提出用固态焊接方法进行连接，如摩擦焊，爆炸焊，扩散焊，磁脉冲焊等。这些固态焊接方法能够实现异种材料的连接，但其适用范围较小，存在各种各样的局限性而难以满足生产应用要求。比如搅拌摩擦焊（CN103894724B），焊接过程中存在较大机械力输入，不能适用于车身覆盖件中钢-铝异种金属叠接接头的连接。为了实现钢-铝异种金属的良好连接，人们提出熔-钎焊方法，这种焊接方法是使钢-铝异种金属中的铝合金和填充的焊丝材料受热熔化，而钢却处在固态下，即对铝合金是熔焊，而对钢是钎焊。对于钢-铝异种金属对接接头（CN102615398B，CN106513892A），叠接接头（CN106624281A），利用这种焊接方法可以实现连接。而对于钢-铝异种金属叠接接头，通常需要依靠添加冶金粉末改善界面化合物相（CN106378530A），辅助工艺较复杂。采用激光束直接辐照在钢-铝异种金属叠接接头的焊接方法，只能熔化位于叠接接头上方的钢板或铝板，此时激光束能量将聚集在钢-铝异种金属叠接界面，从而生成大量脆性金属间化合物。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决车用钢-铝叠接接头激光焊接过程中易出现脆性金属间化合物，结合界面小，接头强度低等问题。1、本专利技术提供一种车用钢-铝的焊接方法，包括如下步骤：步骤1：提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件，在第二工件上沿焊接轨迹冲压形成一条通透的窄缝，除去第一工件和第二工件上下表面和窄缝的杂质。步骤2：将第一工件和第二工件准确叠接并夹紧。步骤3：提供第三工件，第三工件位于第二工件的正上方。步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、传输光纤、激光切割头、机械手、固定支架，激光发生器通过传输光纤与激光切割头相连。步骤5：提供气柱喷枪，气柱喷枪固定于激光切割头的固定支架上。步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆压合于第一工件的下表面。步骤7：启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的激光束垂直辐照第三工件上表面。步骤8：启动气柱喷枪，气柱喷枪喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴。步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在窄缝中铺展。步骤10：激光切割头移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件分别为车用铝合金、车用钢材，第一工件和第二工件厚度均为0.8~1.5mm。在其中一实施例中，步骤1中，窄缝的宽度d为0.5~1.2mm。在其中一实施例中，步骤3中，第三工件为钎料板。在其中一实施例中，步骤3中，第三工件厚度为1.0~2.0。在其中一实施例中，步骤3中，第二工件上表面与第三工件下表面的垂直距离H为5~10m。在其中一实施例中，步骤4中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的激光束功率为1~2kW，切割速度为3~10m/min。在其中一实施例中，步骤5中，气柱喷枪喷嘴与激光切割头相距δ为3~5mm。在其中一实施例中，步骤7中，激光切割头的运动轨迹与焊缝轨迹保持一致。在其中一实施例中，步骤8中，气柱喷枪喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。在其中一实施例中，步骤8中，气柱喷枪喷射的气体压力为0.5～5kPa。附图说明图1是本专利技术实施例一种车用钢-铝的焊接方法的设备与母材布置示意图。图2是图1所示方法中车用钢-铝的焊接纵截面示意图。图3是图1所示方法中窄缝横截面示意图。其中：1-第一工件，2-第二工件，3-窄缝，4-第三工件，5-激光发生器，6-传输光纤，7-激光束，8-激光切割头，9-机械手，10-固定支架，11-气柱喷枪，12-切割缝，13-金属熔滴，14-焊缝，15-超声变幅杆，16-切割前沿。具体实施方式以下将结合附图以及具体实施例来对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1-3所示，本专利技术实施例提供了一种车用钢-铝的焊接方法包括如下步骤：步骤1：提供需要叠接焊接的第一工件1与第二工件2，在第二工件2上沿焊接轨迹冲压形成一条通透的窄缝3，除去第一工件1和第二工件2上下表面和窄缝3的杂质。可选的，第一工件1和第二工件2分别为车用铝合金、车用钢材，第一工件1和第二工件2厚度均为0.8~1.5mm。可选的，窄缝3的宽度d为0.5~1.2mm。步骤2：将第一工件1和第二工件2准确叠接并夹紧。步骤3：提供第三工件4，第三工件4位于第一工件1的正上方。可选的，第三工件4为钎料板。可选的，第三工件4厚度为1.0~2.0mm。可选的，第二工件2上表面与第三工件4下表面的垂直距离H为5~10mm。步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器5、传输光纤6、激光切割头8、机械手9、固定支架10，激光发生器通过传输光纤6与激光切割头8相连。可选的，激光切割系统中，激光切割头8聚焦形成的激光束7功率为1~2kW，切割速度为3~10m/min。步骤5：提供气柱喷枪11，气柱喷枪11固定于激光切割头8的固定支架10上。可选的，气柱喷枪11喷嘴与激光切割头8相距δ为3~5mm。步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆15压合于第一工件1的下表面。步骤7：启动激光切割系统，激光切割头8聚焦形成的激光束7垂直辐照第三工件4上表面。可选的，激光切割头8的运动轨迹与焊缝轨迹保持一致。步骤8：启动气柱喷枪11，气柱喷枪11喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴13。可选的，气柱喷枪11喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。可选的，气柱喷枪11喷射的气体压力为0.5～5kPa。步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在窄缝3中铺展。步骤10：激光切割头8移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪11，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。在本专利技术中，利用高能量激光束7切割第三工件4得到金属熔滴13，金属熔滴14向下运动，落入第二工件2窄缝3中，金属熔滴13通过热传导模式与第一工件1实现冶金结合，并填满窄缝3，实现第一工件1和第二工件2的焊接连接，避免了叠接接头焊接时激光束7能量聚集在钢-铝异种金属叠接界面而生成大量脆性金属间化合物的问题，从而提高了钢-铝异种金属连接强度。在本专利技术中，利用高能量激光束7切割第三工件4得到金属熔滴13，金属熔滴13向下运动，气柱喷枪11喷射的加热的惰性气体冲击金属熔滴13，使金属熔滴13快速准确落入窄缝3中，促使熔融金属迅速铺展，避免凝聚成块造成焊缝裂纹。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提供一种车用钢‑铝的焊接方法，其特征在于：步骤1：提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件，在第二工件上沿焊接轨迹冲压形成一条通透的窄缝，除去第一工件和第二工件上下表面和窄缝的杂质；步骤2：将第一工件和第二工件准确叠接并夹紧；步骤3：提供第三工件，第三工件位于第二工件的正上方；步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、传输光纤、激光切割头、机械手、固定支架，激光发生器通过传输光纤与激光切割头相连；步骤5：提供气柱喷枪，气柱喷枪固定于激光切割头的固定支架上；步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆压合于第一工件的下表面；步骤7：启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的激光束垂直辐照第三工件上表面，激光切割得到的金属熔滴向下运动，落入第二工件窄缝中，金属熔滴通过热传导模式与第一工件实现冶金结合，并填满窄缝，实现第一工件和第二工件的焊接连接，避免叠接接头焊接时激光束能量聚集在钢‑铝异种金属叠接界面而生成大量脆性金属间化合物的问题，从而提高钢‑铝异种金属连接强度；步骤8：启动气柱喷枪，气柱喷枪喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴,高压惰性气体冲击金属熔滴，使金属熔滴快速准确落入窄缝中，促使熔融金属迅速铺展，避免凝聚成块造成焊缝裂纹；步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在窄缝中铺展；步骤10：激光切割头移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。...

【技术特征摘要】
1.本发明提供一种车用钢-铝的焊接方法，其特征在于：步骤1：提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件，在第二工件上沿焊接轨迹冲压形成一条通透的窄缝，除去第一工件和第二工件上下表面和窄缝的杂质；步骤2：将第一工件和第二工件准确叠接并夹紧；步骤3：提供第三工件，第三工件位于第二工件的正上方；步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、传输光纤、激光切割头、机械手、固定支架，激光发生器通过传输光纤与激光切割头相连；步骤5：提供气柱喷枪，气柱喷枪固定于激光切割头的固定支架上；步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆压合于第一工件的下表面；步骤7：启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的激光束垂直辐照第三工件上表面，激光切割得到的金属熔滴向下运动，落入第二工件窄缝中，金属熔滴通过热传导模式与第一工件实现冶金结合，并填满窄缝，实现第一工件和第二工件的焊接连接，避免叠接接头焊接时激光束能量聚集在钢-铝异种金属叠接界面而生成大量脆性金属间化合物的问题，从而提高钢-铝异种金属连接强度；步骤8：启动气柱喷枪，气柱喷枪喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴,高压惰性气体冲击金属熔滴，使金属熔滴快速准确落入窄缝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明军，彭凯，王志军，陈顺，张远康，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43