CN116652385A - 一种钢-铝激光振镜焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钢‑铝激光振镜焊接方法，属于激光焊接技术领域，包括以下步骤：步骤一：预处理焊接材料；分别对待焊接的铝板和钢板进行预处理；步骤二：固定焊接材料；将待焊接的钢板和铝板按照钢板在上铝板在下的顺序摆放到工作台上，并通过固定夹具使钢板与铝板的接触面贴紧；步骤三：设置焊接设备和参数；在焊接材料的上方设置焊接器和侧吹管，侧吹管与焊接位置对应设置；步骤四：焊接进行；按照设定的参数对焊接区域进行焊接，焊接的轨迹为等间距的螺旋形；焊接的过程中侧吹管供给保护性气体。本发明的焊接方法提高了焊接的速度和焊接的质量，降低了焊接的成本，操作更加方便，方便大面积自动化的应用。
Description
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，尤其涉及一种钢-铝激光振镜焊接方法。
背景技术
长期以来，钢铁一直是汽车车身主要的使用材料，但是在环境污染日益严重的今天，通过轻量化设计实现汽车节能减排已迫不容缓，因此轻质铝合金材料受到汽车厂家的欢迎。铝合金具有质量轻、强度高、较高的耐腐蚀性能和优异的机械加工性能等优势，被广泛应用于航天、航空和汽车行业。许多汽车制造商采用全铝合金来制造汽车，但人们发现全铝汽车虽然成功实现了整车重量的减轻，但是相比以往的钢制汽车，安全性能有所降低，此外制造成本和销售价格也比较高。在汽车轻量化全面开展的现在，铝-钢异种材料焊接正是实现汽车轻量化的有效手段之一。
由于钢与铝在熔点、密度、热膨胀系数等物理和化学性能上的差异比较大，导致铝-钢焊接处极易在界面处生成脆性的Fe-Al金属间化合物，从而导致工件的强度和韧性均无法满足实际生产要求。传统的焊接技术如摩擦焊、扩散焊、点焊、钎焊等已经很难解决铝-钢异种材料焊接中遇到的问题。
激光焊接的热影响小、能量密度高、焊接速度快、焊后变形小、焊接接头质量高，因此激光焊接技术在各种生产制造中的应用越来越广泛。所以，采用激光对铝-钢异种材料焊接成为研究热点。目前关于铝-钢异种材料激光焊接的研究往往添加了中间元素，例如添加焊丝、中间层或者母材表面电镀等方法，这样虽然可以阻止焊接过程中产生脆性Fe-Al金属间化合物，但也会导致生产成本的提高，而且目前添加中间元素对焊接性能的影响研究并不明确，例如添加Ni会降低脆性Fe-Al金属间化合物的产生，但也会导致生成脆性Ni-Al金属间化合物，对于焊接性能的提升很小。
所以现在需要一种钢-铝激光振镜焊接方法来解决上述的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种钢-铝激光振镜焊接方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种钢-铝激光振镜焊接方法，包括以下步骤：
步骤一：预处理焊接材料；分别对待焊接的铝板和钢板进行预处理；
步骤二：固定焊接材料；将待焊接的钢板和铝板按照钢板在上铝板在下的顺序摆放到工作台上，并通过固定夹具使钢板与铝板的接触面贴紧；
步骤三：设置焊接设备和参数；在焊接材料的上方设置焊接器和侧吹管，侧吹管与焊接位置对应设置；
步骤四：焊接进行；按照设定的参数对焊接区域进行焊接，焊接的轨迹为等间距的螺旋形；焊接的过程中侧吹管供给保护性气体。
优选的，步骤一中，对铝板和钢板的预处理包括砂纸打磨，然后再进行碱洗和酸洗，去除表面的杂质层，最后将预处理的焊接区域擦干。
优选的，步骤三中，焊接器为激光器和振镜的结合；其中，振镜为PSI振镜，准直镜为80mm，焦距为400mm，激光器为单模500w连续激光器。
优选的，步骤四中，焊接时激光功率为200W，焊接速度为40mm/s-50mm/s。
优选的，步骤四中，焊接轨迹的螺旋形直径为2.5mm，摆动重复率0.5，焊接的线速度为240mm/s。
优选的，保护性气体为空气，供给方式为直吹。
优选的，步骤四中，焊接方式为搭接焊缝，焊缝的长度为20mm-30mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明采用的焊接过程直接在钢板和铝板之间形成熔池焊接，不采用中间金属夹层，既降低了焊接成本也简化了焊接过程，提高了焊接速度；焊接的过程中侧吹管用空气作为保护性气体侧吹，既能起到保护振镜免受金属蒸汽和熔渣溅射的作用，而且使用空气而不是特殊气体，减少了焊接成本；焊接过程中焊接轨迹为连续的螺旋形，相比传统激光头焊接，大大提高了焊接速度和焊接精度，而且这样也抑制了脆性金属间化合物的产生，有效提高焊接的质量。
本发明的焊接方法提高了焊接的速度和焊接的质量，降低了焊接的成本，操作更加方便，方便大面积自动化的应用。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明钢-铝激光振镜焊接方法示意图；
图2为本发明焊接轨迹示意图；
图中：1、钢板；2、铝板；3、焊接器；4、侧吹管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-图2所示，本实施例提供一种钢-铝激光振镜焊接方法，包括以下步骤：
步骤一：预处理焊接材料；分别对待焊接的铝板2和钢板1进行预处理；
步骤二：固定焊接材料；将待焊接的钢板1和铝板2按照钢板1在上铝板2在下的顺序摆放到工作台上，并通过固定夹具使钢板1与铝板2的接触面贴紧；
步骤三：设置焊接设备和参数；在焊接材料的上方设置焊接器3和侧吹管4，侧吹管4与焊接位置对应设置；
步骤四：焊接进行；按照设定的参数对焊接区域进行焊接，焊接的轨迹为等间距的螺旋形；焊接的过程中侧吹管4供给保护性气体。
本发明采用的焊接过程直接在钢板1和铝板2之间形成熔池焊接，不采用中间金属夹层，既降低了焊接成本也简化了焊接过程，提高了焊接速度；焊接的过程中侧吹管4用空气作为保护性气体侧吹，既能起到保护振镜免受金属蒸汽和熔渣溅射的作用，而且使用空气而不是特殊气体，减少了焊接成本；焊接过程中焊接轨迹为连续的螺旋形，相比传统激光头焊接，大大提高了焊接速度和焊接精度，而且这样也抑制了脆性金属间化合物的产生，有效提高焊接的质量。
进一步的，现有的异种材料焊接的轨迹一般为直线，但是本实施例中为了提升穿透力减小热影响，焊接采用的单模激光器，形成的直线焊缝熔宽会比较窄，螺旋线相对直线，相当于增加的线性长度从而熔宽也得到增加；同时异种材料焊接，低熔点材料在上高熔点在下，所以对热输入控制要求比较高，直线型焊缝就会需要更大的热输入，上层材料烧损会比较严重，表面飞溅凹坑会比较严重，同时会降低强度；并且直线焊缝是具有方向性的焊接钉扎，这样不利于复杂受力环境下产品的稳定连接，更容易产生应力集中造成疲劳断裂；因此本实施例使用螺旋型焊缝，提升异种接触面熔宽，增加了焊接强度，热输入更均匀，提升上层铝板2的表面成形质量，提升涂漆效果（以为焊接面上表面会涂漆）；焊缝强度不带有方向性，更适合复杂的受力环境。
进一步的，本实施例中，钢板1为QSTE700钢，其熔点为1400℃，其抗拉强度为750-950MPa，钢板1厚度为2.5mm；铝板2为1060H24铝合金，其熔点为660℃，其抗拉强度为110-136MPa，抗剪强度为50-95MPa，铝合金板厚度为1.2mm。
进一步优化方案，步骤一中，对铝板2和钢板1的预处理包括砂纸打磨，然后再进行碱洗和酸洗，去除表面的杂质层，最后将预处理的焊接区域擦干。在焊接前，依次采用800目、1500目和2000目的砂纸对钢板1和铝板2的表面进行打磨，去除表面的氧化杂质层，然后对打磨完成后的钢板1和铝板2先碱洗后酸洗，并用酒精擦拭，再烘干，确保焊接区域的洁净，避免杂质的存在降低焊接质量。
进一步优化方案，步骤三中，焊接器3为激光器和振镜的结合；其中，振镜为PSI振镜，准直镜为180mm，焦距为400mm，激光器为单模1500w连续激光器。焊接器3的激光器为光纤激光器，为单模1500W的联系激光器，振镜为准直镜为180mm，焦距为400mm的PSI振镜。
进一步优化方案，步骤四中，焊接时激光功率为1200W，焊接速度为40mm/s-50mm/s；焊接轨迹的螺旋形直径为2.5mm，摆动重复率0.5，焊接的线速度为240mm/s。在焊接时，激光器的功率为1200W，焊接的速度为40mm/s；焊接器3通过相应的软件设定为2.5mm圆形摆动，摆动重复率0.5，焊接器3焊接直线速度40mm/s，焊接线速度为240mm/s，这样可以形成螺旋线焊接轨迹，提高焊接强度，而且可以抑制焊接界面元素的扩散和化合物的产生，提高焊接质量，相比传统激光头，提高了焊接精度，而且不采用中间金属层，既降低了焊接成本也简化了焊接过程。
进一步的，由于焊接器3的焊接速度较快，抑制了脆性金属间化合物的产生，避免焊接速度点过慢导致的焊接质量降低。
进一步优化方案，保护性气体为空气，供给方式为直吹。由于焊接器3不与焊接的钢板1和铝板2接触，因此不需要惰性气体保护焊接器3的焊接头，通过空气进行吹拂即可，因此侧吹管4吹出的是空气，这样不但可以保护振镜免受金属蒸汽和熔渣溅射，也减少工件焊接的成本。
进一步的，空气侧吹还能加速焊接区域的降温，将被熔融的区域快速冷却，避免了熔融区域的高温氧化导致的变质。
进一步优化方案，步骤四中，焊接方式为搭接焊缝，焊缝的长度为20mm-30mm。焊接时，钢板1和铝板2放置在焊接夹具上进行装夹固定，摆放时铝板2在上，钢板1在下，焊接方式采用搭焊，搭接长度约20mm，铝板2为焊面。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种钢-铝激光振镜焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：预处理焊接材料；分别对待焊接的铝板（2）和钢板（1）进行预处理；
步骤二：固定焊接材料；将待焊接的钢板（1）和铝板（2）按照钢板（1）在上铝板（2）在下的顺序摆放到工作台上，并通过固定夹具使钢板（1）与铝板（2）的接触面贴紧；
步骤三：设置焊接设备和参数；在焊接材料的上方设置焊接器（3）和侧吹管（4），侧吹管（4）与焊接位置对应设置；
步骤四：焊接进行；按照设定的参数对焊接区域进行焊接，焊接的轨迹为等间距的螺旋形；焊接的过程中侧吹管（4）供给保护性气体。
2.根据权利要求1所述的钢-铝激光振镜焊接方法，其特征在于：步骤一中，对铝板（2）和钢板（1）的预处理包括砂纸打磨，然后再进行碱洗和酸洗，去除表面的杂质层，最后将预处理的焊接区域擦干。
3.根据权利要求1所述的钢-铝激光振镜焊接方法，其特征在于：步骤三中，焊接器（3）为激光器和振镜的结合；其中，振镜为PSI振镜，准直镜为180mm，焦距为400mm，激光器为单模1500w连续激光器。
4.根据权利要求3所述的钢-铝激光振镜焊接方法，其特征在于：步骤四中，焊接时激光功率为1200W，焊接速度为40mm/s-50mm/s。
5.根据权利要求4所述的钢-铝激光振镜焊接方法，其特征在于：步骤四中，焊接轨迹的螺旋形直径为2.5mm，摆动重复率0.5，焊接的线速度为240mm/s。
6.根据权利要求1所述的钢-铝激光振镜焊接方法，其特征在于：保护性气体为空气，供给方式为直吹。
7.根据权利要求1所述的钢-铝激光振镜焊接方法，其特征在于：步骤四中，焊接方式为搭接焊缝，焊缝的长度为20mm-30mm。
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