CN103252580B - 汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法及其专用装置 - Google Patents
汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法及其专用装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法及其专用装置，其主要技术特征是采用高功率、圆偏振CO2激光器输出的激光束，经光学系统聚焦成高功率密度激光光束，铝空心活塞置于改装车床的特制夹具上，焊件对接设有合适缝隙，由专用电脑控制激光器发射激光的持续时间和强度，以及铝空心活塞的同步旋转速度。本发明合理设计焊件对接缝隙，增加铝合金焊接件表面对激光能量的吸收。从工艺上采用高功率密度、高焊接速度，延缓熔池冷却和凝固过程，避免焊接后出现气泡和裂纹。在汽车空调机铝空心活塞激光焊接的规模生产中，完成一个焊接件的焊接时间小于1秒，成品合格率达到99%以上。
Description
技术领域
本发明涉及汽车空调机机械加工生产领域，尤其是对汽车空调机铝空心活塞的激光焊接。
背景技术
铝活塞是现代新型汽车空调机必需的关键元件之一。为了进一步减轻活塞的重量，降低能耗，以及减少元件成本，现代汽车空调机的铝活塞多采用空心结构，由活塞柱体和盖体焊接而成。因此，铝活塞的加工制造就需要使用到焊接工艺。
通常采用的焊接工艺主要有电阻焊、氩弧焊、电子束焊、等离子焊等。但是，这些焊接技术都存在一些缺陷，或者焊接速度较慢，而且焊接件易产生变形；或者需经常维护电极，清除氧化物；或者需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和形状受到真空室的限制，对焊件装配质量要求严格等。而采用最新焊接技术——激光焊接，焊接速度快，焊接质量好，是目前铝空心活塞加工中首选的先进焊接工艺。
然而，铝空心活塞是一个工艺要求相当高的工件，活塞柱体和盖体焊接后的中心需保持同心，精度要求很高；焊接件牢固、稳定可靠，焊缝气密性能良好，不出现漏气小孔和裂纹；焊缝的力学性能和机械性能保持与基体材料相同等等。这些要求不是一般激光焊接技术所能达到的。
铝材料元件激光焊接遇到的主要技术难点是铝合金对CO2激光能量有很高反射率，以致激光能量用于有效焊接的利用率很低；其次是在焊缝中间和焊缝表面因熔池冷却和凝固过程太快，容易出现气孔和裂纹。
铝合金激光焊接的难点在于铝合金对CO2激光束极高的表面初始反射率,因此,必须采取适当措施来增强铝材料对激光能量的吸收和减少反射，提高激光能量利用率，以利于实现铝合金激光焊接。
我们注意到物质对光辐射的吸收系数与光的偏振状态，比如P偏振、s偏振或者圆偏振有关，以及激光能量反射系数与焊接面形态有关。
发明内容：
本发明提供一种使照射在铝材料上显示铝材料表面的反射率大幅度降低，不用对材料进行表面处理便能够显著增强铝合金对激光能量的吸收，以及延缓熔池冷却和凝固过程，消除气泡和裂纹的汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法及其专用装置。
本发明是通过如下技术方案来实现的：该汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法，其主要技术特征是采用高功率、圆偏振CO2激光器输出的激光束，经光学系统聚焦成高功率密度激光光束，铝空心活塞置于改装车床的特制夹具上，焊件对接设有合适缝隙，由专用电脑控制激光器发射激光的持续时间和强度，以及铝空心活塞的同步旋转速度。
所述的高功率、圆偏振CO2激光器发射波长10.6微米、功率2仟~3仟瓦的圆偏振激光光束；
所述的高功率密度激光光束经光学传输聚焦系统后产生功率密度为106～108瓦／厘米2。
所述专用装置由高功率、圆偏振CO2激光器连接光学传输聚焦系统，光学传输聚焦系统作用于活塞加工件，活塞加工件置于改装车床的特制夹具上，由专用电脑控制高功率、圆偏振CO2激光器和改装车床带动焊接件的高速旋转速度。
本发明采用输出圆偏振激光的激光器，照射在铝材料上显示铝材料表面的反射率大幅度降低，不用对材料进行表面处理便能够显著增强铝合金对激光能量的吸收。从焊接结构设计方面考虑,合理设计焊件对接缝隙，增加铝合金焊接件表面对激光能量的吸收。从工艺上采用高功率密度、高焊接速度，延缓熔池冷却和凝固过程，避免焊接后出现气泡和裂纹。
本发明的有益效果是，在汽车空调机铝空心活塞激光焊接的规模生产中，完成一个焊接件的焊接时间小于1秒，成品合格率达到99%以上。
附图说明
图1是本发明的装置方块图；
图2是焊接前铝空心活塞柱体的结构示意图；
图3为盖体的结构示意图；
图4是焊接后铝空心活塞的成品构造图。
具体实施方式
图1中1.高功率、圆偏振CO2激光器，2.光学传输聚焦系统，3.活塞加工工件，4.改装车床和特制夹具，5.专用电脑
图2中6.铝空心活塞柱体，7.盖体
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1中，高功率、圆偏振CO2激光器1发射波长10.6微米、输出功率2仟~3仟瓦的圆偏振激光光束，经光学传输聚焦系统2后，产生功率密度高达106～108瓦／厘米2、适合焊接缝隙尺寸的强激光光斑。活塞加工工件3安置在改装车床和特制夹具4的特制夹具上，由专用电脑5控制激光器的发光时间和强度，以及活塞加工工件3的同步旋转速度。
在图2、图3中，铝空心活塞柱体6和盖体7均是由精选配方的铝合金锻压成型，粗加工而成。
在图4中，铝空心活塞柱体6和盖体7已被激光焊接成一体，需进一步进行精加工达到设计要求。经过特氟龙涂敷、精加工后，成为符合设计要求的汽车空调机铝空心活塞成品。
Claims (4)
1.一种汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法，其特征在于先采用高功率、圆偏振CO2激光器，经光学传输聚焦系统聚焦成高功率密度激光光束，铝空心活塞置于改装车床的特制夹具上，焊件对接设有缝隙，由专用电脑控制激光器发射激光的持续时间和强度，以及铝空心活塞的同步旋转速度。
2.如权利要求1所述的一种汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法，其特征在于所述的高功率、圆偏振CO2激光器发射波长10.6微米、功率2千~3千瓦的圆偏振激光光束。
3.如权利要求1所述的一种汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法，其特征在于：所述经光学传输聚焦系统聚焦成的高功率密度激光光束，它的功率密度为106～108瓦／厘米2。
4.一种采用权利要求1所述的汽车空调机铝空心活塞激光焊接方法的激光焊接专用装置，其特征在于所述专用装置由高功率、圆偏振CO2激光器连接光学传输聚焦系统，铝空心活塞置于改装车床的特制夹具上，由专用电脑控制高功率、圆偏振CO2激光器和改装车床运行。
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