【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及搅拌摩擦焊接，尤其涉及一种激光辅助搅拌摩擦焊接装置和方法。
技术介绍
1、搅拌摩擦焊接(friction stir welding,fsw)是一种低热输入、绿色环保的固相焊接方法，特别适用于铝合金等轻质金属的焊接。焊接过程中母材不熔化，而是依靠搅拌头周围材料发生的强烈塑性变形来形成焊接接头，对铝合金进行焊接时不会出现气孔、裂纹和元素烧损等缺陷，焊缝的成形质量高。搅拌摩擦焊接方法目前已在航空航天、轨道交通、新能源汽车等领域有着广泛应用。
2、搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头与被焊工件紧密接触，搅拌头上施加较大的轴向压力和扭矩，产生热量使工件材料软化并发生塑性变形和流动。焊接热仅仅来源于搅拌头与工件金属之间的摩擦，常规搅拌摩擦焊接工艺存在力学载荷大、焊接速度提升困难、搅拌头磨损等缺点，制约了其在大厚度轻质合金材料高效焊接方面的应用。研究者提出了热源辅助搅拌摩擦焊接方法。但这些方法需要在工件上表面、搅拌头前方施加辅助热源，由于搅拌头尺寸的影响，热源施加位置与实时搅拌区的距离过大，辅助热源对于焊接部位的预热效果有限；尤其是在在工件上表面施加热量很难对工件底部材料流动较弱的区域产生影响。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种激光辅助搅拌摩擦焊接装置和方法，采用激光作为辅助热源，在工件下方施加热量，对搅拌摩擦焊接温度较低、材料流动较差的区域进行加热。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、本
4、所述搅拌头用于在工件上方插入工件的焊接部位，施加轴向压力并高速旋转，沿设定的轨迹移动；
5、所述激光热源用于向工件下表面照射激光，对激光照射部位进行加热；激光照射部位与搅拌头同步运动；
6、所述工件固定装置包括位于工件下方的透明垫板，透明垫板用于承托工件，并使激光穿过透明垫板照射至工件下表面。
7、本专利技术第一方面提供了一种利用上述激光辅助搅拌摩擦焊接装置的激光辅助搅拌摩擦焊接方法，包括步骤：
8、s1、将透明垫板布置在搅拌摩擦焊工作台上，激光热源的发射端设置于透明垫板下方；
9、s2、将工件固定在透明垫板上方，调整激光光斑的位置，使激光热源发射的激光能够照射到工件焊接部位的下表面；
10、s3、将搅拌头安装在搅拌摩擦焊设备的主轴上，启动激光热源，待工件下表面被预热至设定温度时，启动焊接程序开始焊接；
11、s4、使搅拌头和激光照射部位沿设定的路径完成焊接。
12、本专利技术的有益效果如下：
13、1.本专利技术将激光辅助热源施加于被焊工件的下表面，相比于将激光辅助热源施加于被焊工件上表面且位于搅拌头前方的技术方案，更能够直接的作用于产热量较少、材料塑性不佳，流动差的关键区域，提高了材料的下表面的温度，降低了搅拌针底部材料的流动应力，进而提高了焊接工件下表面的材料流动混合程度，更有利于形成冶金结合，减少未焊合等缺陷，从而提高焊接接头的力学性能。
14、2.本专利技术采用高强度的透光玻璃材料作为垫板，对搅拌头和被焊工件起到足够的支撑作用，保证焊缝成形的同时，实现了激光从被焊工件底部的有效施加，并且激光能量的利用率达到最高。
15、3.本专利技术所使用的激光辅助热源的输出端位于被焊工件和垫板的背面，不受焊机主轴和搅拌头尺寸的限制，激光的施加位置灵活可调，可以施加在搅拌头的前、后、左、右等各个位置，甚至可以直接作用于搅拌头的正下方，且激光路径与搅拌头路径可以分别设置，通过调控激光施加位置可以进一步改善焊接质量，方便在焊缝拐弯处进行加热。
16、4.本专利技术采用激光辅助热源，相较于其他形式的辅助热源，如电磁感应、电热块等装置，加热范围的边界能够准确调控，严格限制加热范围，尽量减小辅助热源的热输入，与搅拌摩擦焊工艺的无熔融过程、热影响区小、强度高的优点相适应。
17、5.本专利技术适用于对接、搭接及其他接头形式，且通过将激光光斑的前后左右偏移，特别适用于厚板轻质合金材料和热物性参数相差较大的异种材料的焊接。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，包括：搅拌头、激光热源和工件固定装置；
2.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述激光热源为连续激光或脉冲激光。
3.根据权利要求2所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述激光热源的激光功率为1W～50000W。
4.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述透明垫板的材质为高强度的透光玻璃。
5.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，工件焊接部位的接头形式包括对接和搭接；工件厚度范围为：1mm～100mm。
6.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，搅拌头的轴肩直径为1mm～100mm；搅拌头倾斜角度为0°～2.5°，倾斜方向为搅拌头前进方向的反方向。
7.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，
8.一种利用权利要求1-7任一所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置的激光辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，包括步骤：
9.如权利要求8所述的
10.如权利要求8所述的激光辅助搅拌摩擦焊接方法，其特征在于，S3中，启动激光热源，待工件下表面的设定区域被预热至一定温度时，启动焊接程序，搅拌头开始缓缓下压，开始焊接。
...【技术特征摘要】
1.一种激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，包括：搅拌头、激光热源和工件固定装置；
2.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述激光热源为连续激光或脉冲激光。
3.根据权利要求2所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述激光热源的激光功率为1w～50000w。
4.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，所述透明垫板的材质为高强度的透光玻璃。
5.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌摩擦焊接装置，其特征在于，工件焊接部位的接头形式包括对接和搭接；工件厚度范围为：1mm～100mm。
6.根据权利要求1所述的激光辅助搅拌...
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