CN110666353A - 一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺 - Google Patents

一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金焊接技术领域，涉及一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺，采用小正离焦低速低功率焊接规定焊道，再进行大正离焦低速高功率重熔修饰，从而获得满足焊缝强度要求且焊缝表面平滑，咬边改善的良好接头，解决了现有铝合金薄板(1.5mm以下)不加保护气而引起的焊缝表面成形不良的问题。

Description

一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺
技术领域
本发明属于铝合金焊接技术领域，涉及一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺。
背景技术
铝合金具有质量轻、耐腐蚀好、加工性能良且回收率高等优点，在新能源汽车领域应用越来越广，但铝合金线膨胀系数大、散热性好及导电系数高，宜采用高能量密度的焊接方法进行焊接，特别是薄板(1.5mm以下)铝合金在焊接能量的影响下极易产生波浪变形。激光焊因其能量密度大、效率高、热输入低、热变形量小等优点，在薄板铝合金焊接方面具有非常大的优势。车身钣金件厚度一般为1mm-1.5mm，搭接形式连接，可采用激光加保护气或不加保护气的形式进行叠焊缝焊接。加保护气可以使熔化金属不与空气成分反应，焊缝表面光滑，纹路清晰；不加保护气焊缝表面粗糙，起楞鼓包，咬边、下塌现象较多。
然而针对产品结构和夹具设计的关系，由于操作的局限性，很多时候由于夹具的干涉加不进去保护气，因此使得焊接效果受到了很大的抑制，会经常出现焊缝表面粗糙，起楞鼓包，咬边、下塌现象。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决铝合金薄板(1.5mm以下)不加保护气而引起的焊缝表面成形不良的问题，提供一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺，其激光焊接工艺主要是先采用小正离焦低速低功率焊接规定焊道，再进行大正离焦低速高功率重熔修饰，从而获得满足焊缝强度要求且焊缝表面平滑，咬边改善的良好接头。
为达到上述目的，本发明提供一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺，包括以下步骤：
A、预清理待焊接的铝合金薄板表面油污，防止焊后铝合金薄板焊缝处表面产生气孔；
B、将预处理后的铝合金薄板按照装配顺序上件夹紧，搭接间隙不超过0.15t(t为铝合金较薄板厚度)；
C、调整激光焊接程序，激光输出模式为上升-焊接-下降，激光光束为多模连续型，风刀气压4bar，提前送气2s，滞后断气2s，防止焊接飞溅和烟尘进入激光头内污染镜片；
D、规定焊道焊接，保证焊缝强度及焊缝外观均匀，焊缝焊接工艺参数：离焦量+2mm，焊接速度0.035m/，根据不同铝合金薄板厚度调整激光输入功率，以铝合金薄板焊缝适度熔透为准，激光输入功率为2000～2500W；
E、修饰焊缝焊接，保证焊缝表面成形平顺光滑，减小咬边量，焊缝焊接工艺参数：离焦量+13mm，焊接速度0.035m/s，根据不同铝合金薄板焊道宽度调整激光输入功率，以重熔面平整为准，激光输入功率为3000～4000W。
进一步，步骤A中铝合金薄板为5052铝合金薄板，铝合金薄板的厚度＜1.5mm。
进一步，步骤A采用丙酮或其他有机溶剂清理铝合金薄板表面油污。
进一步，步骤C中激光束采用的激光源为固体激光、光纤激光或盘式固体激光的一种。
进一步，步骤D中1.2mm厚铝合金薄板的激光输入功率为2300W，1.5mm厚铝合金薄板的激光输入功率为2500W。
进一步，步骤E中1.2mm厚铝合金薄板的激光输入功率为3500W，1.5mm厚铝合金薄板的激光输入功率为4000W。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所公开不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺，采用不加保护气小正离焦低速低功率焊接铝合金薄板，小正离焦量、低速和低功率焊接参数不仅使焊缝熔宽增大，焊接区光热反应较为平缓，还有益于液态熔池内气孔的逸出，从而可以提高焊缝外观均匀性，降低气孔率，提高焊缝有效连接面积，实现焊缝强度不低于母材强度的70％。
2.适度熔透状态作为熔透最佳的直观判别方式。适度熔透是焊缝背透量的一种表现，该种状态是“小孔效应”刚好穿透工件。熔池背面宽度明显增加，熔宽均匀；熔池正面基本无堆高现象。通过观察背透量的大小可作为熔透检测与控制的标准。本发明所公开不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺，通过不加保护气大正离焦低速高功率激光修饰，大正离焦量、低速和高功率焊接参数将激光能量发散，覆盖面增大，将焊缝表面重熔整形，可明显改善焊缝外观。焊缝咬边深度降低、表面光滑、一致性好、应力集中得到了改善，解决了现有铝合金薄板(1.5mm以下)不加保护气而引起的焊缝表面成形不良的问题。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明两块铝合金薄板上件夹紧后的结构示意图；
图2为本发明两块铝合金薄板焊缝适度熔透后的效果图；
图3为本发明两块铝合金薄板焊缝按规定焊道适度熔透后的焊缝效果图；
图4为本发明两块铝合金薄板焊缝重熔修饰后的焊缝效果图；
图5为现有技术铝合金薄板焊缝不加激光修饰和加激光修饰焊缝外观对比图；
图6为现有技术铝合金薄板焊缝不加激光修饰和加激光修饰焊缝宏观金相对比图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例
一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺，包括以下步骤：
A、采用丙酮或其他有机溶剂清理待焊接的铝合金薄板表面油污，防止焊后铝合金薄板焊缝处表面产生气孔，其中铝合金薄板为5052铝合金薄板，铝合金薄板的厚度＜1.5mm；
B、将预处理后的铝合金薄板按照装配顺序上件夹紧，如图1所述的搭接间隙b不超过0.15t(t为两块铝合金薄板中较薄板的厚度)，即b≤0.15t；
C、调整激光焊接程序，激光输出模式为上升-焊接-下降，激光光束为多模连续型，风刀气压4bar，提前送气2s，滞后断气2s，防止焊接飞溅和烟尘进入激光头内污染镜片；
D、规定焊道焊接，保证焊缝强度及焊缝外观均匀，焊缝焊接工艺参数：离焦量+2mm，焊接速度0.035m/，根据不同铝合金薄板厚度调整激光输入功率，以铝合金薄板焊缝适度熔透为准，图2为两块铝合金薄板焊缝适度熔透后的效果图，1.2mm厚铝合金薄板的激光输入功率为2300W，1.5mm厚铝合金薄板的激光输入功率为2500W；其中图3为两块1.2mm厚铝合金薄板组合形成的焊缝按规定焊道适度熔透后的焊缝效果图；
E、修饰焊缝焊接，保证焊缝表面成形平顺光滑，减小咬边量，焊缝焊接工艺参数：离焦量+13mm，焊接速度0.035m/s，根据不同铝合金薄板焊道宽度调整激光输入功率，以重熔面平整为准，1.2mm厚铝合金薄板的激光输入功率为3500W，1.5mm厚铝合金薄板的激光输入功率为4000W，其中图4为两块1.2mm厚铝合金薄板组合形成的焊缝重熔修饰后的焊缝效果图。
对比例
对比例相对于实施例，采用激光不加保护气的形式进行叠焊缝焊接。
图5(a)左侧为铝合金薄板焊缝不加激光修饰(对比例)的焊缝外观图，焊缝表面粗糙且出现咬边、下榻现象。图5(a)右侧为图5(a)左侧焊缝加激光修饰的焊缝外观图。图6(a)为图5(a)左侧焊缝的宏观金相图，图6(b)为图5(a)右侧焊缝的宏观金相图。可见经过激光修饰后的焊缝表面平滑，咬边改善。
图5(b)左侧为铝合金薄板焊缝不加激光修饰(对比例)的焊缝外观图，焊缝表面出现起楞鼓包、咬边现象。图5(b)右侧为图5(b)左侧焊缝加激光修饰的焊缝外观图。图6(c)为图5(b)左侧焊缝的宏观金相图，图6(d)为图5(b)右侧焊缝的宏观金相图。可见经过激光修饰后的焊缝表面平滑，咬边改善。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种不加保护气体的铝合金薄板激光焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、预清理待焊接的铝合金薄板表面油污，防止焊后铝合金薄板焊缝处表面产生气孔；
B、将预处理后的铝合金薄板按照装配顺序上件夹紧，搭接间隙不超过0.15t(t为铝合金较薄板厚度)；
C、调整激光焊接程序，激光输出模式为上升-焊接-下降，激光光束为多模连续型，风刀气压4bar，提前送气2s，滞后断气2s，防止焊接飞溅和烟尘进入激光头内污染镜片；
D、规定焊道焊接，保证焊缝强度及焊缝外观均匀，焊缝焊接工艺参数：离焦量+2mm，焊接速度0.035m/，根据不同铝合金薄板厚度调整激光输入功率，以铝合金薄板焊缝适度熔透为准，激光输入功率为2000～2500W；
E、修饰焊缝焊接，保证焊缝表面成形平顺光滑，减小咬边量，焊缝焊接工艺参数：离焦量+13mm，焊接速度0.035m/s，根据不同铝合金薄板焊道宽度调整激光输入功率，以重熔面平整为准，激光输入功率为3000～4000W。
2.如权利要求1所述的铝合金薄板激光焊接工艺，其特征在于，步骤A中铝合金薄板为5052铝合金薄板，铝合金薄板的厚度＜1.5mm。
3.如权利要求1所述的铝合金薄板激光焊接工艺，其特征在于，步骤A采用丙酮或其他有机溶剂清理铝合金薄板表面油污。
4.如权利要求1所述的铝合金薄板激光焊接工艺，其特征在于，步骤C中激光束采用的激光源为固体激光、光纤激光或盘式固体激光的一种。
5.如权利要求1所述的铝合金薄板激光焊接工艺，其特征在于，步骤D中1.2mm厚铝合金薄板的激光输入功率为2300W，1.5mm厚铝合金薄板的激光输入功率为2500W。
6.如权利要求1所述的铝合金薄板激光焊接工艺，其特征在于，步骤E中1.2mm厚铝合金薄板的激光输入功率为3500W，1.5mm厚铝合金薄板的激光输入功率为4000W。
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