本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種可實現(xiàn)焊接板的焊接速度快，焊接質(zhì)量高的復(fù)合焊接方法，該焊接方法將激光和攪拌摩擦焊這種復(fù)合焊接技術(shù)應(yīng)用于材質(zhì)較硬地焊接板如不銹鋼的高效連接，解決了硬材質(zhì)焊接板的攪拌摩擦焊高效連接的難題。該方法主要包括：在待焊焊接板上，所述焊接板板厚度在20-50mm之間，第一激光束布置在焊接板背面，第二激光束、摩擦攪拌頭布置在焊接板正面，沿著焊接方向依次布置第一激光束、摩擦攪拌頭、第二激光束。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及激光加工制造領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)合激光和攪拌摩擦焊的復(fù)合焊接的方法。
技術(shù)介紹
由于攪拌摩擦焊是利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭和軸肩與金屬出于塑性狀態(tài)，隨著攪拌頭前進(jìn)，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(zhì)較軟的金屬的焊接，其被應(yīng)用于有色金屬如Al、Cu的焊接已經(jīng)獲得成功，但同時攪拌摩擦焊接材質(zhì)較硬的焊接板時仍然存在著弊端。例如，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(yīng)用的桎梏；另外基于攪拌摩擦焊本身的特點(diǎn)，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(shè)備的裝卡方面又是一種資源的浪費(fèi)，此外還有研究專利技術(shù)設(shè)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(fā)生幾率，中國公開專利CN102120287A共公開了一中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(cè)；使用無針攪拌頭并傾斜安裝；啟動攪拌頭旋轉(zhuǎn)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(jīng)在起始端摩擦預(yù)熱數(shù)秒后，移動旋轉(zhuǎn)著的攪拌頭或工作臺，即可將鋁板旋擠入下板的槽內(nèi)，完成焊接或包覆，通過這種摩擦焊接方法，能避免匙孔的產(chǎn)生，然而應(yīng)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(qū)小和焊接變形小等特點(diǎn)，使其在不銹鋼焊接領(lǐng)域廣泛應(yīng)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(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決
技術(shù)介紹
中材質(zhì)較硬的焊接板的焊接存在的問題，本項專利技術(shù)提供了一種可實現(xiàn)焊接板焊接速度快，焊接質(zhì)量高的復(fù)合焊接方法，該焊接方法成功地將激光和攪拌摩擦焊這種復(fù)合焊接技術(shù)應(yīng)用于焊接板的高效連接，解決了焊接板的攪拌摩擦焊高效連接的難題。本專利技術(shù)公開了，其包括在待焊接板上，在待焊接板的背面布置第一激光束，在待焊接板的正面布置摩擦攪拌頭和第二激光束；焊接時，首先由第一激光束沿焊接方向軟化待焊接板上的待焊接部位，然后由摩擦攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦焊接，最后由所述第二激光束重熔已經(jīng)被攪拌摩擦焊焊接完成的焊縫。所述第一激光束沿著焊接方向提前預(yù)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(jīng)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(jìn)一步改善焊縫的質(zhì)量。根據(jù)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(jié)束時，第一激光束首先離開待焊不銹鋼板，然后摩擦攪拌頭、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。通過上述結(jié)合激光束和攪拌摩擦焊的復(fù)合焊接方法，達(dá)到了 1+1 > 2的效果，使得不銹鋼的焊接實現(xiàn)了又快又好的焊接。附圖說明圖1是本專利技術(shù)中激光和攪拌摩擦焊復(fù)合焊接待焊接板的裝配示意圖。具體實施方式 為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本專利技術(shù)提出了一種激光和攪拌摩擦焊的復(fù)合焊接方法，其包括在待焊焊接板上，所述焊接板厚度在20-50mm之間，第一激光束布置在焊接板背面，第二激光束、摩擦攪拌頭布置在焊接板正面，沿著焊接方向依次布置第一激光束、摩擦攪拌頭、第二激光束；所述第一激光束來源于C02激光器，所述第一激光束的中心線同焊接板上表面的垂直方向的夾角為α，其中15°彡α彡30°，所述第一激光束的激光功率為Ρ1，其中1400w ^Pl ^ 2500w,調(diào)節(jié)激光束焦點(diǎn)相對于待焊焊接板表面的位置，使照射在待焊接板上的激光光斑的直徑尺寸在2-5_ ;所述第二激光束來源于C02激光器，所述第二激光束的中心線垂直與焊接板上表面，所述第二激光束的激光功率為Ρ2，其中2000w4000w ;所述摩擦攪拌頭的中心線同焊接板上表面的垂直方向的夾角為Θ，其中0.5° < Θ ^ 2° ;焊接過程中不需要引焊板或出焊板，第一激光束、摩擦攪拌頭、第二激光束的焊接速度相同，均為1. 5-3m/min，所述第一激光束在焊接板表面上的作用點(diǎn)距離摩擦攪拌頭在焊接板表面上的作用點(diǎn)水平距離為3-6cm，所述第二激光束在焊接板表面上的作用點(diǎn)距離摩擦攪拌頭在焊接板表面上的作用點(diǎn)水平距離為8-18cm，其中所述焊接板可以是不銹鋼板。通過將第一激光束布置在不銹鋼板的背面，能防止攪拌摩擦焊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(diǎn)距離摩擦攪拌頭在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)水平距離，這樣能保證不銹鋼軟化后立即進(jìn)行攪拌摩擦焊，大大提高生產(chǎn)效率；通過調(diào)節(jié)第一激光束焦點(diǎn)相對于待焊不銹鋼板表面的位置，而使得大光斑照射在不銹鋼表面上，這樣能夠使得不銹鋼板在較大面積上能夠受熱均勻，軟化均勻，由于攪拌摩擦頭與不銹鋼板的接觸面積大，通過大光斑照射不銹鋼板，能使得在后續(xù)攪拌摩擦焊過程中，攪拌頭與軟化均勻的不銹鋼板接觸，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(chǎn)生，能充分利用C02激光波長同不銹鋼的作用機(jī)理，使得不銹鋼板起到很好的軟化效果，并大大節(jié)約成本；為了進(jìn)一步增大攪拌摩擦焊的焊接速度，而使得摩擦攪拌頭的中心線同不銹鋼板上表面的垂直方向的夾角為Θ接近于0，具體為0.5° < Θ (I。，這是申請人在大量實驗研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，這樣在提高焊接速度的同時，不會降低焊接質(zhì)量；通過按照所述第一激光束在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)距離摩擦攪拌頭在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)距離為3-6cm，所述第二激光束在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)距離摩擦攪拌頭在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)距離為8-18cm這樣的位置關(guān)系來布置第一激光束、摩擦攪拌頭、第二 激光束，充分利用了激光束同摩擦焊之間的協(xié)同作用，從而實現(xiàn)了 1+1 > 2的效果，明顯提高了不銹鋼板的焊接速度及焊接質(zhì)量。實施例一待焊不銹鋼板I厚度為20_，沿著焊接方向依次布置第一激光束3、摩擦攪拌頭2、第二激光束4 ;所述第一激光束3來源于C02激光器，所述第一激光束3的中心線同不銹鋼板上表面的垂直方向的夾角為α =30°，所述第一激光束的激光功率為Pl = 1400w，調(diào)節(jié)激光束焦點(diǎn)相對于待焊不銹鋼板表面的位置，使輻射在被焊工件上的激光光斑的直徑尺寸在5mm ;所述第二激光束4來源于C02激光器，所述第二激光束的中心線垂直于不銹鋼板上表面，所述第一激光束的激光功率為P2 = 2000w ;所述摩擦攪拌頭的中心線同不銹鋼板上表面的垂直方向的夾角為Θ，其中Θ =2° ;所述第一激光束在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)與摩擦攪拌頭在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)距離為6cm，所述第二激光束在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)與摩擦攪拌頭在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)距離為8cm ;焊接過程中不需要引焊板或出焊板，第一激光束本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種結(jié)合激光和攪拌摩擦焊的復(fù)合焊接方法，其包括：在待焊接板上，在待焊接板的背面布置第一激光束，在待焊接板的正面布置摩擦攪拌頭和第二激光束；焊接時，首先由第一激光束沿焊接方向軟化待焊接板上的待焊接部位，然后由摩擦攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦焊接，最后由所述第二激光束重熔已經(jīng)被攪拌摩擦焊焊接完成的焊縫。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種結(jié)合激光和攪拌摩擦焊的復(fù)合焊接方法，其包括在待焊接板上，在待焊接板的背面布置第一激光束，在待焊接板的正面布置摩擦攪拌頭和第二激光束；焊接時，首先由第一激光束沿焊接方向軟化待焊接板上的待焊接部位，然后由摩擦攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦焊接，最后由所述第二激光束重熔已經(jīng)被攪拌摩擦焊焊接完成的焊縫。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述待焊接板為不銹鋼板，所述第一激光束、摩擦攪拌頭和第二激光束沿焊接方向依次布置。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述待焊接板厚度在20-50mm之間；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Pl，其中1400w ^ Pl ^ 2500 ，第一激光束照射在待焊接板上的激光光斑的直徑尺寸在2_5mm ； 所述第二激光束的中心線垂直于待焊接板上表面，所述第二激光束的激光功率為P2，其中 2000w 彡 P2 彡 4000wo4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述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°。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激光束、摩擦攪拌頭和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(diǎn)距離摩擦攪拌頭在待焊接板表面上的作用點(diǎn)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(diǎn)與摩擦攪拌頭在待焊接板表面上的作用點(diǎn)水平距離為8-18cm。6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述不銹鋼板的厚度為20mm;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 =30°，所述第一激光束的激光功率為Pl = 1400 ，激光束照射在不銹鋼板上的激光光斑的直徑尺寸為5mm，所述第二激光束的激光功率為P2 = 2000w ;所述摩擦攪拌頭的中心線同不銹鋼板表面的垂直方向的夾角Θ =2。;所述第一激光束在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)與第一摩擦攪拌頭在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)的距離為6cm ;所述第二激光束在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)與摩擦攪拌頭在不銹鋼板表面上的作用點(diǎn)距離為8cm，所述第一激光束、摩擦...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙偉芳，林學(xué)春，侯瑋，于海娟，李晉閩，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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