一種結合激光和攪拌摩擦焊的復合焊接方法技術

發明專利技術公開了一種可實現不銹鋼焊接速度快，焊接質量高的復合焊接方法，該焊接方法將激光和攪拌摩擦焊這種復合焊接技術應用于材質較硬地焊接板如不銹鋼的高效連接，解決了硬材質焊接板的攪拌摩擦焊高效連接的難題。該方法主要包括：在待焊不銹鋼板上，所述不銹鋼板厚度在20-50mm之間，第一激光束布置在不銹鋼板背面，第二激光束、摩擦攪拌頭布置在不銹鋼板正面，沿著與焊接方向相反的方向依次布置第一激光束、第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭、第二激光束；其中第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭分別位于所述不銹鋼板的不同側。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及激光加工制造領域，具體涉及。
技術介紹
由于攪拌摩擦焊是利用高速旋轉的攪拌頭和軸肩與金屬出于塑性狀態，隨著攪拌頭前進，金屬向攪拌頭后方移動而形成致密焊縫的一種固相焊方法，所以其適合于材質較軟的金屬的焊接，其被應用于有色金屬如Al、Cu的焊接已經獲得成功，但同時攪拌摩擦焊接材質較硬的金屬如不銹鋼時仍然存在著弊端。由于不銹鋼硬度較高，因此，其焊接速度慢，效率低，成為制約不銹鋼的攪拌摩擦焊的廣泛應用的桎梏；另外基于攪拌摩擦焊本身的特點，被焊零件的末端留有“匙孔”，所以必要時，焊接工藝上需要添加“引焊板或出焊板”，這對焊接設備的裝卡方面又是一種資源的浪費，此外還有研究專利技術設計專用攪拌頭或者采用嵌入式攪拌摩擦焊的方法來減少此類問題的發生幾率，中國公開專利CN102120287A中公開了一種異種金屬嵌入式攪拌摩擦縫焊方法，具體公開了在較硬的第二母材上加工一個或多個燕尾槽，然后按搭接形式組裝，要求將鋁板置于較硬第二母材燕尾槽的上側；使用無針攪拌頭并傾斜安裝；啟動攪拌頭旋轉并使之與鋁板上表面接觸限制攪拌頭的壓入深度約為O.1mm 2mm之間，無需穿透焊接界面；經在起始端摩擦預熱數秒后，移動旋轉著的攪拌頭或工作臺，即可將鋁板旋擠入下板的槽內，完成焊接或包覆，通過這種摩擦焊接方法，能避免匙孔的產生，然而應用范圍較窄，且焊前工作量大，焊接效率很低。因此，迫切需要解決這兩方面的問題。同時，由于激光焊接具有功率密度高、焊接熱輸入低、焊接熱影響區小和焊接變形小等特點，使其在不銹鋼焊接領域廣泛應用，但是激光焊接對裝卡精度要求較高，這也制約了不銹鋼的激光焊接的發展。由于攪拌摩擦焊接時受到攪拌頭尺寸大小的影響，對每個型號的攪拌頭其都有最大的加工尺寸，這也制約了對其焊接厚度的制約，不能完成超過其最大加工尺寸的板材的加工。
技術實現思路
為了解決
技術介紹
中材質較硬的焊接板的焊接存在的問題，本項專利技術提供了一種可實現焊接板的焊接速度快，焊接質量高的復合焊接方法，該焊接方法成功地將激光和雙攪拌頭摩擦焊這種復合焊接技術應用于焊接板的高效連接，解決了大厚度焊接板的攪拌摩擦焊高效連接的難題。為解決上述問題，本專利技術提出了一種激光焊和攪拌摩擦焊的復合焊接方法，其包括在待焊接板的正面布置第一摩擦攪拌頭，在待焊接板的背面布置第一激光束；焊接時，首先由第一激光束對待焊接板上待焊接部位進行照射軟化，然后由第一摩擦攪拌頭進行攪拌摩擦焊接。其中，在所述待焊接板的背面還布置有第二摩擦攪拌頭，所述待焊接板的正面布置有第二激光束；所述第一激光束、第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭和第二激光束沿與焊接方向相反的方向依次布置；所述第一摩擦攪拌頭和第二攪拌摩擦頭在待焊接板表面上的作用點在水平方向上相隔一定距離；在焊接時，所述第一激光束將待焊接部位軟化，所述第一摩擦攪拌頭和第二摩擦攪拌頭在待焊接板的正反兩面同時進行摩擦焊接，待焊接完成后第二激光束對所述焊接縫進行重溶。所述待焊接板為不銹鋼板。通過在不銹鋼板背面添加另一摩擦攪拌頭，能大大提高所述焊接方法能焊接的不銹鋼板的厚度，所述第一激光束沿著焊接方向提前預熱并初步軟化待焊不銹鋼板，這樣能顯著提高攪拌摩擦焊的焊接速度；所述第二激光束，能夠重熔已經被攪拌摩擦焊焊接完成的焊縫，一方面能夠改善被攪拌摩擦焊焊接完成的焊縫的外觀，消除攪拌摩擦焊所留下的匙孔；另一方面，能夠進一步改善焊縫的質量。根據板厚的不同合理選擇適合的第一激光束及第二激光束的功率，焊接開始時，第一激光束首先作用到待焊不銹鋼板，然后第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭、第二激光束依次作用在待焊不銹鋼板上；焊接結束時，第一激光束首先離開待焊不銹鋼板，然后第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭、第二激光束依次離開待焊不銹鋼板上。整個焊接過程都不需要引焊板或出焊板。通過上述激光束+雙攪拌頭攪拌摩擦焊復合焊接方法，達到了 1+1 > 2的效果，使得不銹鋼的焊接實現了又快又好的焊接。附圖說明圖1為本專利技術優選實施例中激光焊和攪拌摩擦焊的復合焊接不銹鋼板的裝配示意圖。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。如圖1所示，本專利技術提出了。該方法包括在待焊接板I上，沿著與焊接方向相反的方向依次布置第一激光束3、第一摩擦攪拌頭2、第二摩擦攪拌頭5、第二激光束4 ;所述第一激光束、第二摩擦攪拌頭布置在待焊接板背面，第二激光束、第一摩擦攪拌頭布置在待焊接板正面，所述第一摩擦攪拌頭和第二攪拌摩擦頭在待焊接板表面上的作用點在水平方向上相隔一定距離；所述第一激光束可以來源于C02激光器，所述第一激光束的中心線同待焊接板上表面的垂直方向的夾角為α，其中，15° ^ a ^ 30°，所述第一激光束的激光功率為Ρ1，其中1200w ^ Pl ^ 2000 ，調節激光束焦點相對于待焊接板表面的位置，使照射在待焊接板的被焊工件上的激光光斑的直徑尺寸在2-5_ ;所述第二激光束可以來源于C02激光器，所述第二激光束的中心線垂直與不銹鋼板上表面，所述第二激光束的激光功率為Ρ2，其中3000w ^ Ρ2 ^ 6000w ;所述第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭的中心線同待焊接板上表面的垂直方向的夾角均為Θ，其中0°<θ^2° ;焊接過程中不需要引焊板或出焊板，第一激光束、第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭、第二激光束的焊接速度相同，均為1. 5-3m/min，所述第一激光束在待焊接板表面上的作用點距離第一摩擦攪拌頭在待焊接板表面上的作用點水平距離為3-6cm，所述第一摩擦攪拌頭和第二攪拌摩擦頭在待焊接板表面上的作用點水平距離為3-6cm，所述第二激光束在待焊接板表面上的作用點距離第二摩擦攪拌頭在待焊接板表面上的作用點水平距離為8-18cm，其中所述待焊接板可以為材質較硬的不銹鋼板，所述不銹鋼板厚度小于或等于50mmo本專利技術提出的上述符合焊接方法，尤其適用于焊接較厚的焊接板，如不銹鋼板，焊接過程如下利用第一激光束照射焊接板將焊接縫軟化后，第一摩擦攪拌頭和第二摩擦攪拌頭同時在焊接板的正反兩面分別進行攪拌焊接，并且在焊接完成以后，由第二激光束重溶焊接縫，使得焊接縫更加平整。可見，本專利技術提出的上述復合焊接方法，通過在焊接板背面添加第二摩擦攪拌頭，能大大提高所述焊接方法能焊接的焊接板的厚度，通過將第一激光束布置在焊接板的背面，能防止第一摩擦攪拌頭妨礙第一激光束的射入，并能有效減小所述第一激光束在不銹鋼板表面上的作用點與摩擦攪拌頭在不銹鋼板表面上的作用點的水平距離，這樣能保證第一激光束照射不銹鋼軟化后立即進行攪拌摩擦焊，大大提高生產效率；通過調節第一激光束焦點相對于待焊焊接板表面的位置，而使得大光斑照射在焊接板表面上，這樣能夠使得焊接板在較大面積上能夠受熱均勻，軟化均勻，由于攪拌摩擦頭與焊接板的接觸面積大，通過大光斑照射焊接板，能使得在后續攪拌摩擦焊過程中，攪拌頭與軟化均勻的焊接板接觸，使得攪拌摩擦焊效果改善明顯，焊后焊縫表面成形更加美觀；其中通過第一激光束的傾斜入射也在一定程度上能增大第一激光束的照射面積；第一激光束和第二激光束均采用C02激光器產生，能充分利用C02激光波長同不銹鋼的作用機理，使得不銹鋼板起到很好的軟化效果，并大大節約成本。下面給出本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光焊和攪拌摩擦焊的復合焊接方法，其包括：在待焊接板的正面布置第一摩擦攪拌頭，在待焊接板的背面布置第一激光束；焊接時，首先由第一激光束對待焊接板上待焊接部位進行照射軟化，然后由第一摩擦攪拌頭進行攪拌摩擦焊接。

【技術特征摘要】
1.一種激光焊和攪拌摩擦焊的復合焊接方法，其包括在待焊接板的正面布置第一摩擦攪拌頭，在待焊接板的背面布置第一激光束；焊接時，首先由第一激光束對待焊接板上待焊接部位進行照射軟化，然后由第一摩擦攪拌頭進行攪拌摩擦焊接。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述待焊接板的背面還布置有第二摩擦攪拌頭，所述待焊接板的正面布置有第二激光束；所述第一激光束、第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭和第二激光束沿與焊接方向相反的方向依次布置；所述第一摩擦攪拌頭和第二攪拌摩擦頭在待焊接板表面上的作用點在水平方向上相隔一定距離；在焊接時，所述第一激光束將待焊接部位軟化，所述第一摩擦攪拌頭和第二摩擦攪拌頭在待焊接板的正反兩面同時進行摩擦焊接，待焊接完成后第二激光束對所述焊接縫進行重溶。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述待焊接板為不銹鋼板，且其厚度小于或等于50mm。4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一激光束和第二激光束均來源于C02激光器，所述第一激光束的中心線同待焊接板表面的垂直方向的夾角為α，其中， 15° < α < 30°，所述第一激光束的激光功率為Ρ1，其中1200w ^ Pl ^ 2000 ，第一激光束照射在待焊接板上的激光光斑的直徑尺寸為3-5mm ;所述第二激光束的中心線垂直與不銹鋼板上表面，所述第二激光束的激光功率為P2，其中3000w ^P2 ^ 6000w。5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭的中心線同待焊接板上表面的垂直方向的夾角均為Θ，其中O. 5° < Θ彡2°。6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一激光束、第一摩擦攪拌頭、第二摩擦攪拌頭、第二激光束的焊接速度相同，均為1. 5-3m/min，所述第一激光束在待焊接板表面上的作用點與第一摩擦攪拌頭在待焊接板表面上的作用點的水平距離為4-5cm，所述第一摩擦攪拌頭和第二攪拌摩擦頭在待焊接板表面上的作用點水平距離為3-6cm，所述第二激光束在待焊接板表面上的作用點與第二摩擦攪拌頭在待焊接板表面上的作用點水平距離為 12_18cm。7.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述不銹鋼板的厚度為30mm;所述第一激光束的中心線同不銹鋼板表面的垂直方向的夾角為α =15°，所述第一激光束的激光功率為Pl = 1200 ，激光束照射在不銹鋼板上的激光光斑...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林學春，趙偉芳，侯瑋，于海娟，李晉閩，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：