CN111843250A - 一种用于合金激光成形连接的背保护装置及制作工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料加工技术领域，特别涉及一种用于合金激光成形连接的背保护装置及制作工艺方法。该保护装置包括：本体，本体的上表面沿着本体的长度方向设有第一凹槽，第一凹槽的底部连接第二凹槽，所述第一凹槽的槽宽距离小于第二凹槽的槽宽距离，第一凹槽的槽深度大于所述第二凹槽的槽深度；第二凹槽中与第一凹槽相对应的区域与第一凹槽是相通的；本体上放置两块无缝对接形式的平板，所述两块平板覆盖住所述第一凹槽；激光层设置在所述第二凹槽中，所述激光层由激光高反材料制成。本发明提供的用于合金激光成形连接的背保护装置，结构简单，成本低，并且增设的激光层在成形连接过程中，最大程度提高其平滑稳定性以及熔道内气体的逸出效率。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，特别涉及一种用于合金激光成形连接的背保护装置及制作工艺方法。
背景技术
众所周知，铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性及抗蚀性等，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。
以往的生产实践中，铝合金的成形连接常用GMAW和GTAW，虽然这两种成形连接方式能量密度较大，成形连接铝合金时能获得良好的接头，但仍然存在熔透能力差、成形连接变形大、生产效率低等缺点。随着科技的发展，铝合金的激光成形连接应运而生。
与传统的成形连接方法相比，采用激光成形连接铝合金具有明显的优势，如能量密度高及熔深大、热输入量小、成形连接变形小、冷却速度快、熔道组织细小及接头性能好等。然而，铝合金激光成形连接仍存在诸多困难，在成形连接过程中经常产生大量的缺陷，例如气孔、焊道不规则、咬边、焊瘤及凝固开裂等。
尤其在6系铝合金的激光成形连接时背面极易产生焊瘤等缺陷。目前，铝合金激光成形连接多采用背部加临时或永久垫板或加背保护气等方法来避免背部焊瘤，但其后期面临着需要机械加工去除垫板，若不去除垫板，将导致增加整体结构重量，以及随之带来的成本增加。
在铝合金的激光成形连接中首要的问题是匙孔的诱导和维持稳定的困难，这是由于铝合金本身材料特性和激光束的光学特性造成的。而小孔（匙孔）的稳定及大小则直接影响着成形连接过程的稳定以及熔道内气体的逸出效率。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明提供了一种用于合金激光成形连接的背保护装置及制作工艺方法，以克服现有技术中采用临时或永久性加垫板以及加背保护气带来整体结构增加，导致成本增加，且影响激光成形稳定性等。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明一方面提供一种用于合金激光成形连接的背保护装置，包括：
本体，所述本体的上表面沿着本体的长度方向设有第一凹槽，所述第一凹槽的底部连接第二凹槽，所述第一凹槽的槽宽距离小于第二凹槽的槽宽距离，所述第一凹槽的槽深度大于所述第二凹槽的槽深度；
所述第二凹槽中与第一凹槽相对应的区域与第一凹槽是相通的；
所述本体上放置两块无缝对接形式的平板，所述两块平板覆盖住所述第一凹槽；
激光层设置在所述第二凹槽中，所述激光层由激光高反材料制成。
优选地，所述激光高反射率材料为铝合金或铜合金。
优选地，所述第一凹槽的槽深度为3-5mm；第一凹槽的槽宽度为8-10mm。
优选地，所述第二凹槽的槽深度为3mm；第二凹槽的槽宽度为18-20mm。
优选地，所述本体上在第一凹槽的两侧等间距设置螺栓孔，以便装夹固定工件。
优选地，所述本体采用Q345钢材质制成。
优选地，所述成形连接板的厚度为2-6mm。
另一方面，本发明还提供一种制作上述用于合金激光成形连接的背保护装置的成形工艺方法，采用激光成形连接工艺进行制作，其激光成形连接工艺参数为：
激光入射角度6°-10°、激光功率3-7kW、焊速3-6m/min、离焦0-5mm、正面保护气氩气纯度99.99%、流量10-18L/min；在满足上述工艺参数下，单道一次熔透2-6mm铝合金或铜合金。
（三）有益效果
本发明提供的用于合金激光成形连接的背保护装置，结构简单，成本低，并且增设的激光层在成形连接过程中，最大程度提高其平滑稳定性以及熔道内气体的逸出效率。
附图说明
图1为本发明实施例用于合金激光成形连接的背保护装置结构侧视图；
图2为本发明实施例用于合金激光成形连接的背保护装置结构立体图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
如图1和2所示，本发明提供一种用于合金激光成形连接的背保护装置，包括：
本体1，所述本体1的上表面沿着本体的长度方向设有第一凹槽2，所述第一凹槽2的底部连接第二凹槽3，所述第一凹槽2的槽宽距离小于第二凹槽的槽宽距离，所述第一凹槽2的槽深度大于所述第二凹槽3的槽深度；
所述第二凹槽3中与第一凹槽2相对应的区域与第一凹槽2是相通的；
所述本体1上放置两块并列紧挨在一起的成形连接板，4所述两块成形连接板4覆盖住所述第一凹槽2；
激光层5设置在所述第二凹槽3中，所述激光层5由激光高反材料制成。
其中，所述激光高反射率材料为铝合金或铜合金。
其中，第一凹槽的槽深度h1为3-5mm；第一凹槽的槽宽度w1为10mm。第二凹槽的槽深度h2为3mm；第二凹槽的槽宽度w2为20mm。本体上在第一凹槽的两侧等间距设置螺栓孔，以便装夹固定工件。本体采用Q345钢材质制成。平板的厚度为2-6mm。
另一方面，本发明还提供一种制作上述用于合金激光成形连接的背保护装置的成形工艺方法，采用激光成形连接工艺进行制作，其激光成形连接工艺参数为：
成形连接板厚H适用范围2-6mm，接头形式为I型坡口对接，激光成形连接工艺参数为激光入射角度6°-10°、激光功率3-7kW、焊速3-6m/min、离焦0-5mm、正面保护气氩气纯度99.99%、流量10-18L/min。上述条件下，单道一次熔透2-6mm铝合金，并保持正反面成形良好。防止产生未熔合、咬边以及焊瘤等缺陷，改善表面成形，提高成形连接质量。
激光成形连接过程中，由于激光匙孔的形成，激光穿透母材，照射到激光层上，激光束被反射回来，从而进一步扩大了匙孔的尺寸，增加了激光匙孔的稳定性，使激光成形连接的外观形状美观，可靠性更好。
采用该工艺方法对3mm厚的6061铝板进行激光增材制造成形；接头形式为I型坡口对接，背部垫板材质铝合金（6061）、垫板距工件底部h=4mm；激光增材制造成形工艺参数：激光入射角度6°、激光功率5kW、成形连接速度6m/min、成形连接过程中采用99.99%纯氩保护气（气体流量12L/min）。激光增材制造成形质量良好，没有焊瘤、裂纹等成形连接缺陷；横截面宏观腐蚀状态良好无气孔及裂纹等缺陷，成形连接接头拉伸试验的强度为母材的69%，满足使用性能要求。
本发明提供用于合金激光成形连接的背保护装置，具有如下优势：
（1）与现有技术中背部加临时衬板的成形连接方法相比，由于激光高反射材料未与母材直接接触，故不需要后期机械加工去除，可以提高生产效率，降低生产成本；
（2）与现有技术中常规背面加临时衬垫相比，使气体能从背面逸出，从而降低气孔的产生，保证了成形件的质量；
（3）与现有技术中背部加永久衬板的成形连接方法相比，可以减轻整体重量，简化结构设计；
（4）与现有技术中常规背面加临时衬垫相比，背部加背保护气的成形连接方法相比，操作简单，对熔道的位置、形状等适用性更强，成本更低；
（5）与现有技术中不加背保护装置的成形连接方法相比，由于反射的激光能起到扩大匙孔的尺寸，增加匙孔的稳定性，因而导致了成形部分的平滑稳定。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种用于合金激光成形连接的背保护装置，其特征在于，包括：
本体，所述本体的上表面沿着本体的长度方向设有第一凹槽，所述第一凹槽的底部连接第二凹槽，所述第一凹槽的槽宽距离小于第二凹槽的槽宽距离，所述第一凹槽的槽深度大于所述第二凹槽的槽深度；
所述第二凹槽中与第一凹槽相对应的区域与第一凹槽是相通的；
所述本体上放置两块无缝对接形式的平板，所述两块平板覆盖住所述第一凹槽；
激光层设置在所述第二凹槽中，所述激光层由激光高反材料制成。
2.如权利要求1所述的用于合金激光成形连接的背保护装置，其特征在于，所述激光高反射率材料为铝合金或铜合金。
3.如权利要求1所述的用于合金激光成形连接的背保护装置，其特征在于，所述第一凹槽的槽深度为3-5mm；第一凹槽的槽宽度为8-10mm。
4.如权利要求1所述的用于合金激光成形连接的背保护装置，其特征在于，所述第二凹槽的槽深度为3mm；第二凹槽的槽宽度为18-20mm。
5.如权利要求1所述的用于合金激光成形连接的背保护装置，其特征在于，所述本体上在第一凹槽的两侧等间距设置螺栓孔，以便装夹固定工件。
6.如权利要求1所述的用于合金激光成形连接的背保护装置，其特征在于，所述本体采用Q345钢材质制成。
7.如权利要求1所述的用于合金激光成形连接的背保护装置，其特征在于，所述平板的厚度为2-6mm。
8.一种制作权利要求1-7任一项所述的用于合金激光成形连接的背保护装置的成形工艺方法，其特征在于，采用激光成形连接工艺进行制作，其激光成形连接工艺参数为：
激光入射角度6°-10°、激光功率3-7kW、焊速3-6m/min、离焦0-5mm、正面保护气氩气纯度99.99%、流量10-18L/min；在满足上述工艺参数下，单道一次熔透2-6mm铝合金或铜合金。
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