一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法及装置，包括以下步骤：S1行星系激光焊接头发射激光光束沿焊接方向对待焊工件进行激光焊接，激光光束包括主红外光束和围绕主红外光束转动的副绿光束，焊接时，利用主红外光束形成熔池，利用副绿光束预热待焊表面、破坏表面形貌并搅动熔池，根据图像采集装置采集的数据，实时调控主红外光束的功率、副绿光束的频率和幅度、保护气的流量以及焊接速度；S2达到焊接终点，停止发射激光光束，完成焊接。本发明专利技术解决单一激光焊接中金属间脆性相化合物占比多、激光能量利用效率低、焊缝组织分布不均匀以及气孔、裂纹等焊接成形缺陷问题，实现高效率、高质量和无缺陷的铝钢异质合金材料焊接。焊接。焊接。

【技术实现步骤摘要】
一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法及装置


[0001]本专利技术涉及异质合金焊接
，特别是涉及一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，多材料连接作为一种减轻重量、提高产品性能和限制生产成本的方法受到了广泛关注。在这其中，不锈钢由于其具有强度高、韧性好、良好的焊接性和相对低廉的价格，铝合金由于其具有重量轻、成形性好、导热性和导电性好、强重比高、耐腐蚀的特点，被广泛关注并应用于建筑、航空航天、交通运输和工业设备中。
[0003]然而不锈钢和铝合金两者由于物理、化学性能的巨大差异，在连接过程中不可避免地会形成金属间化合物(IMCs)，包括FeAl2，Fe2Al5和FeAl3等，从而影响到异种连接的完整性。目前，针对铝钢异质合金的主要的焊接方法有电子束焊接、钎焊、搅拌摩擦焊以及激光焊。其中，电子束焊接的深宽比大、焊接效率高，但需要真空环境维持，成本大条件高；钎焊是一种低温连接工艺，避免了母材熔化，适用于多种不同材料的组合，但钎焊接头的强度低，极大的阻碍了它在结构强度应用中的使用；搅拌摩擦焊，热输入小、成形较好，避免了熔焊中存在的冶金问题，但可应用的几何形状单一，不适合复杂零件的加工，焊接速度慢。同其他焊接技术相比，激光焊接由于其极高的能量密度、精确控制热输入、焊接效率高和无需真空环境的优势而脱颖而出。
[0004]但激光焊接也存在铝钢组织分布不均匀，匙孔失稳产生的气孔缺陷以及大量金属间脆性相化合物而影响焊缝性能的问题，而材料表面越光滑，对激光的吸收率越低，通过破坏材料表面粗糙度，能够显著提升材料对激光能量的吸收效率。所以提供一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法及其装置成为了一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法及装置，通过对双光束激光焊接、搅拌激光焊接、双波长复合焊接等技术的高效结合，解决单一激光焊接中金属间脆性相化合物占比多、激光能量利用效率低、焊缝组织分布不均匀以及气孔、裂纹等焊接成形缺陷问题，实现高效率、高质量和无缺陷的铝钢异质合金材料焊接。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法，包括以下步骤：
[0008]S1：行星系激光焊接头发射激光光束沿焊接方向对待焊工件进行激光焊接，所述激光光束包括主红外光束和围绕所述主红外光束转动的副绿光束，焊接时，在保护气环境中进行，利用所述主红外光束形成熔池，利用所述副绿光束预热待焊表面、破坏表面形貌并搅动所述熔池，根据图像采集装置采集的焊接过程中的焊接熔深情况、焊接情况、熔池形貌以及副绿光束搅拌情况，实时调控所述主红外光束的功率、所述副绿光束的频率和幅度、保护气的流量以及焊接速度；
[0009]S2：达到焊接终点，停止发射所述激光光束，完成焊接。
[0010]优选地，所述图像采集装置包括LDD熔深检测设备和高速摄像机，所述LDD熔深检测设备用于检测采集焊接过程中的焊接熔深情况，所述高速摄像机用于采集焊接过程中的焊接情况、熔池形貌以及副绿光束搅拌情况。
[0011]优选地，待焊工件中铝合金工件和钢合金工件的厚度均为0.5mm～1.5mm，接头形式为搭接焊，钢合金工件搭接在铝合金工件上方，焊接时，充分利用其焊接过程中的钉扎效应。
[0012]优选地，所述行星系激光焊接头所用的主激光器和副激光器为固体激光器、半导体激光器或光纤激光器，所述主激光器和所述副激光器的功率范围为0.5KW～2KW。
[0013]优选地，所述行星系激光焊接头的焊接移动速度为0.4m/min～1m/min，所述主红外光束和所述副绿光束之间的间隔距离为0.5～3mm，所述主红外光束和所述副绿光束焦平面调整距离为
±
3mm，所述副绿光束的搅拌频率为50～400Hz。
[0014]优选地，所述保护气为氩气，焊接过程中所述保护气的流量为20～30L/min。
[0015]本专利技术还提供一种针对铝钢异质合金的复合焊接装置，采用以上所述的针对铝钢异质合金的复合焊接方法进行焊接，包括数控加工台、所述行星系激光焊接头、所述图像采集装置、控制器、保护气装置和激光器，所述数控加工台用于固定待焊工件，所述激光器包括主激光器和副激光器，所述主激光器和所述副激光器分别与所述行星系激光焊接头连接，以通过所述行星系激光焊接头发射所述主红外光束和围绕所述主红外光束转动的所述副绿光束，所述主激光器、所述副激光器、所述保护气装置和所述图像采集装置均与所述控制器连接，所述保护气装置用于提供焊接过程所用所述保护气。
[0016]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0017]本专利技术提供一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法及装置，通过行星系主红外光束保证熔深，卫星副绿光束预热钢板表面，破坏表面形貌，提高铝钢合金对激光光束的吸收效率，并有序搅动熔池，提高焊缝均匀性以及促进FeAl2,Fe2Al5和FeAl3等金属间脆性化合物的弥散分布，细化焊缝组织，实现对成型缺陷的抑制及微观组织的调控，通过熔池的有序搅动，促进气孔逸出，达到优化焊缝组织性能的目的，根据图像采集装置采集的焊接过程中的焊接熔深情况、焊接情况、熔池形貌以及副绿光束搅拌情况，实时调控主红外光束的功率、副绿光束的频率和幅度、保护气的流量以及焊接速度，避免焊接过程中激光光束焊透接口，影响焊接质量，最终实现高效率、高质量和无缺陷的铝钢异质合金材料焊接。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术提供的针对铝钢异质合金的复合焊接装置的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术中焊接过程纵截面示意图；
[0021]图3为本专利技术中焊接过程俯视示意图；
[0022]图4为本专利技术中双光束焊接光路图；
[0023]图中：1
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铝合金工件、2
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钢合金工件、3
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行星系激光焊接头、4
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主红外光束、5
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副绿光束、6
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控制器、7
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高速摄像机、8
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LDD熔深检测设备、9
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主激光器、10
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副激光器、11
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保护气装置、12
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保护气、13
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熔池、14
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金属间脆性化合物、15
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焊缝、16
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副光束运动轨迹、17
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副光束破坏区域、18
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工件交叠区域、19
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数控加工台、20
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对铝钢异质合金的复合焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：行星系激光焊接头发射激光光束沿焊接方向对待焊工件进行激光焊接，所述激光光束包括主红外光束和围绕所述主红外光束转动的副绿光束，焊接时，在保护气环境中进行，利用所述主红外光束形成熔池，利用所述副绿光束预热待焊表面、破坏表面形貌并搅动所述熔池，根据图像采集装置采集的焊接过程中的焊接熔深情况、焊接情况、熔池形貌以及副绿光束搅拌情况，实时调控所述主红外光束的功率、所述副绿光束的频率和幅度、保护气的流量以及焊接速度；S2：达到焊接终点，停止发射所述激光光束，完成焊接。2.根据权利要求1所述的针对铝钢异质合金的复合焊接方法，其特征在于：所述图像采集装置包括LDD熔深检测设备和高速摄像机，所述LDD熔深检测设备用于检测采集焊接过程中的焊接熔深情况，所述高速摄像机用于采集焊接过程中的焊接情况、熔池形貌以及副绿光束搅拌情况。3.根据权利要求1所述的针对铝钢异质合金的复合焊接方法，其特征在于：待焊工件中铝合金工件和钢合金工件的厚度均为0.5mm～1.5mm，接头形式为搭接焊，钢合金工件搭接在铝合金工件上方，焊接时，充分利用其焊接过程中的钉扎效应。4.根据权利要求1所述的针对铝钢异质合金的复合焊接方法，其特征在于：所述行星系激光焊接头所用的主激光器和副...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修泉，王力波，朱政武，米高阳，许天宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：