CN113547214A - 一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺 - Google Patents

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周定武
刘骞
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周礼
王哲
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Abstract

本发明涉及铝合金焊接技术领域，具体涉及一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，焊接前，完成铝合金的接头位置的切割处理，使得接头位置形成镶嵌结构，并在接头位置开设用于放置稀土元素颗粒的开口槽，然后采用与铝合金呈不同角度的脉冲激光集沿着镶嵌的接缝进行焊接。本发明通过与焊点位置一一对应的开口槽内稀土元素颗粒的布置，使得在激光焊接过程中，稀土元素可以均匀分布在铝合金焊缝中，从而实现铝合金焊缝的强化，使得焊接接头强度获得显著提高；同时通过温控板的设计，尽可能的减少了整个焊接过程中的温度梯度，从而可以抑制焊缝裂纹的产生，而相邻两个焊点的焊接角度不同的设计，可以进一步的提高整个焊缝的强度。

Description

一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺
技术领域
本发明涉及铝合金焊接技术领域，具体涉及一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺。
背景技术
铝合金由于其比强度高、耐腐蚀性能好、易成型、再生性能好等优点，广泛应用于汽车制造、航空航天、新能源动力电池等行业，选用铝合金材料是实现轻量化的有效途径。
与传统的电弧焊接相比，激光焊接具有能量密度高、焊接效率高、热输入量小和可达性好等优点，是一种优质高效的焊接方法。激光焊接又可分为连续激光焊接、脉冲激光焊接。
但是，由于铝合金的高反射性，以及合金元素的强烈蒸发，引起深熔小孔的波动，造成激光焊接铝合金过程稳定性差，焊缝存在气孔和裂纹等缺陷，很难获得良好的焊缝。其中最常见的问题是气孔,气孔会严重破坏焊缝金属的致密性、削弱焊缝的有效截面积，极大地降低焊缝的力学性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，能够实现稳定、热影响区小和近无缺陷的焊接，显著提高了焊缝的力学性能。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，焊接前，完成铝合金的接头位置的切割处理，使得接头位置形成镶嵌结构，并在接头位置开设用于放置稀土元素颗粒的开口槽，然后采用与铝合金呈不同角度的脉冲激光集沿着镶嵌的接缝进行焊接。
进一步地，整个焊接过程中，基于温控板实现铝合金温度的实时监测和调控，该温控板上表面设有用于实现铝合金固定的夹具。
进一步地，整个焊接过程中，采用同轴气体保护。
进一步地，所述脉冲激光集包括一束与铝合金垂直的脉冲激光束、两束与铝合金呈20°～50°夹角的脉冲激光束，且两束的倾斜方向不同。 三束脉冲激光束并排设置，在其中一束实现某一个点的焊接时，另外两束同时实现某一个点左右相邻两个点的焊接。
进一步地，所述温控板基于黏贴设置在铝合金上的薄膜式温度传感器实时反馈的铝合金温度实现铝合金温度的控制。
进一步地，在焊接开始前，需先将铝合金预热至180～200℃。
进一步地，稀土元素颗粒的添加量为铝合金质量的0.01%。
本发明具有以下有益效果：
1）通过与焊点位置一一对应的开口槽内稀土元素颗粒的布置，使得在激光焊接过程中，稀土元素可以均匀分布在铝合金焊缝中，从而实现铝合金焊缝的强化，使得焊接接头强度获得显著提高；
2）通过温控板的设计，尽可能的减少了整个焊接过程中的温度梯度，从而可以抑制焊缝裂纹的产生；
3）采用与铝合金呈不同角度的脉冲激光集沿着镶嵌的接缝进行焊接，相邻两个焊点的焊接角度不同，从而使得相邻焊点的强度薄弱点分布的位置均不同，进一步的提高整个焊缝的强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，包括如下步骤：
S1、完成铝合金的接头位置的切割处理，使得接头位置形成镶嵌结构，并在接头位置开设用于放置稀土元素颗粒（粒径在40μm左右）的开口槽（开口槽的宽度为所测得焊缝最小宽度的1/3，凹槽的长度为焊缝总长度/2倍量的焊点数量），优选地，开口槽的位置根据焊点的设置布置；
S2、采用砂纸打磨以去除铝合金对接焊缝两侧20~30 mm内的氧化皮，焊缝周边露出金属光泽后用丙酮擦拭；
S3、完成稀土元素颗粒的安装，并实现铝合金接头位置的对接，对接间隙不大于0.1mm，错边不大于0.2mm；
S4、在焊接开始前，通过温控板将铝合金预热至200℃；
S5、采用与铝合金呈不同角度的脉冲激光集沿着镶嵌的接缝进行焊接；其中，脉冲激光集包括一束与铝合金垂直的脉冲激光束、两束与铝合金呈20°～50°夹角的脉冲激光束，且两束的倾斜方向不同。 三束脉冲激光束并排设置，在其中一束实现某一个点的焊接时，另外两束同时实现某一个点左右相邻两个点的焊接。从而使得相邻两个焊点的焊接角度不同，进一步提高焊缝的强度。
本实施例中，整个焊接过程中，采用同轴气体保护，基于温控板实现铝合金温度的实时监测和调控，该温控板上表面设有用于实现铝合金固定的夹具。所述温控板基于黏贴设置在铝合金上的薄膜式温度传感器实时反馈的铝合金温度实现铝合金温度的控制。
本实施例中，稀土元素颗粒的添加量为铝合金质量的0.01%，送丝速度2500～3000mm/min，焊接速度120～140 mm/min。
焊缝检测：
1）焊接后铝合金焊接接头焊缝内部质量检查：
按CB3929标准中有关规定进行焊缝X射线探伤，结果：焊缝成型良好、气孔数量明显减少，较传统铝合金激光焊工艺，气孔含量降低了65％，焊缝内部质量X射线探伤评级不低于Ⅰ级；
2）采用GB/T228.1-2010标准对焊接接头进行焊接试件检验，结果：焊接接头抗拉强度292 MPa，屈服强度 197MPa。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于：焊接前，完成铝合金的接头位置的切割处理，使得接头位置形成镶嵌结构，并在接头位置开设用于放置稀土元素颗粒的开口槽，然后采用与铝合金呈不同角度的脉冲激光集沿着镶嵌的接缝进行焊接。
2.如权利要求1所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于：整个焊接过程中，基于温控板实现铝合金温度的实时监测和调控，该温控板上表面设有用于实现铝合金固定的夹具。
3.如权利要求1所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于：整个焊接过程中，采用同轴气体保护。
4.如权利要求1所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于：所述脉冲激光集包括一束与铝合金垂直的脉冲激光束、两束与铝合金呈20°～50°夹角的脉冲激光束，且两束的倾斜方向不同。
5.如权利要求4所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于：三束脉冲激光束并排设置，在其中一束实现某一个点的焊接时，另外两束同时实现某一个点左右相邻两个点的焊接。
6.如权利要求2所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于：所述温控板基于黏贴设置在铝合金上的薄膜式温度传感器实时反馈的铝合金温度实现铝合金温度的控制。
7.如权利要求1所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于：在焊接开始前，需先将铝合金预热至180～200℃。
8.如权利要求1所述的一种新能源汽车轻量化铝合金激光焊接工艺，其特征在于：稀土元素颗粒的添加量为铝合金质量的0.01%。
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