本發(fā)明涉及激光螺旋焊，具體為一種鋁鋼異種材料激光螺旋焊接的方法。

背景技術(shù)：

1、鋁鋼異種激光焊接技術(shù)是一種用于將鋁合金和鋼材焊接在一起的先進(jìn)技術(shù)，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，如高焊接速度、較低的熱輸入和較小的變形等。然而，盡管這些優(yōu)點(diǎn)，這種技術(shù)仍然存在一些缺陷和不足之處：

2、1、焊接接頭質(zhì)量難以保證：鋁和鋼之間存在較大的化學(xué)成分差異，導(dǎo)致焊接接頭處存在易裂紋和氣孔等缺陷，影響焊接接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度；

3、2、焊接過程中易產(chǎn)生金屬間化合物：鋁和鋼在激光焊接過程中易發(fā)生金屬間反應(yīng)，導(dǎo)致在金屬間形成又硬又脆的不穩(wěn)定化合物層(imc)，影響焊接接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性；

4、3、焊接接頭表面質(zhì)量不均勻：由于鋁和鋼的熔點(diǎn)和熔化溫度差異較大，焊接接頭表面易產(chǎn)生不均勻的熔化和流動(dòng)，導(dǎo)致焊縫形狀不規(guī)則、氣孔、夾渣、咬邊和熱裂紋等缺陷。嚴(yán)重降低了材料焊縫處的力學(xué)性能；

5、4、焊接參數(shù)難以優(yōu)化：鋁鋼異種材料的焊接參數(shù)選擇較為復(fù)雜，包括激光功率、焊接速度、預(yù)熱溫度等因素，需要通過大量的試驗(yàn)和實(shí)踐來優(yōu)化，增加了工藝的研發(fā)成本和周期；

6、5、焊接設(shè)備成本較高：激光焊接設(shè)備的價(jià)格較高，且對操作人員的技能要求較高，需要專業(yè)的培訓(xùn)和技術(shù)支持，增加了投資和運(yùn)營成本；

7、激光螺旋焊是利用激光作為焊接熱源進(jìn)行微小尺寸點(diǎn)焊的技術(shù)，是有望代替電阻點(diǎn)焊的一種非接觸性焊接技術(shù)，相比于電阻點(diǎn)焊，激光螺旋點(diǎn)焊以類阿基米德螺線為激光掃描路徑，能夠快速完成焊接過程且排除多余熱量與氣體，提高焊接質(zhì)量與焊接效率。在應(yīng)用于異種材料焊接時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高精密、快焊速、少熱影響區(qū)和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在不同母材性能完好的基礎(chǔ)上，形成的焊縫性能突出，使材料緊密固連在一起組合成不同的性能梯度。保證在性能安全的基礎(chǔ)上，達(dá)成輕量化設(shè)計(jì)。

8、激光螺旋點(diǎn)焊工藝目前正在開發(fā)階段，并未普及于汽車行業(yè)。目前存在激光螺旋焊焊接異種接頭的研究，但大都是熔點(diǎn)相差不大的兩種金屬，如鋼－鎳、鋁－銅，關(guān)于鋁－鋼這種熔點(diǎn)相差較大的異種金屬激光螺旋焊接幾乎沒有。目前為針對鋁鋼異種金屬的焊接性能較差，研究人員對各種焊接工藝進(jìn)行開發(fā)，如電阻點(diǎn)焊、激光焊接、攪拌摩擦焊和復(fù)合焊等。其研究目的主要聚焦于焊接工藝參數(shù)調(diào)控、焊接缺陷避免、金屬間化合物(中間層imc)減少和接頭性能增強(qiáng)等方面。在激光焊接中影響焊接接頭質(zhì)量的參數(shù)較多，選取激光焊接參數(shù)中較為重要的激光功率、焊接速度、離焦量、激光頻率和占空比作為變量參數(shù)，以研究各參數(shù)作用于異種合金鋼材和鋁合金熔釬焊激光螺旋接頭的影響，并驗(yàn)明最佳焊接方式，遴選出最佳參數(shù)。鑒于上述情況，有必要對現(xiàn)有的鋁鋼異種材料加工方式加以改進(jìn)，使其能夠適應(yīng)現(xiàn)在對鋁鋼異種材料加工使用的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，設(shè)計(jì)了一種鋁鋼異種材料激光螺旋焊接的方法。

2、實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種鋁鋼異種材料激光螺旋焊接的方法，包括以下步驟：

3、步驟一：材料準(zhǔn)備：材料選用等厚的高強(qiáng)低合金鋼和鋁合金薄板；

4、步驟二：焊接路徑：焊接過程使用氬氣保護(hù)，激光螺旋路徑由連續(xù)的類阿基米德螺線組成；使用光纖激光器和三維多軸疊加伺服驅(qū)動(dòng)器來運(yùn)行焊接過程；

5、步驟三：確定參數(shù)：由于高強(qiáng)低合金鋼鋼和鋁合金的熔點(diǎn)和焊接特性不同，需要仔細(xì)調(diào)試激光焊接參數(shù)；如：離焦量、占空比、激光頻率等；

6、步驟四：焊接過程：將焊接工件定位在焊接臺上，確保焊接位置準(zhǔn)確，以采取平板或特殊夾具定位夾緊措施；帶水冷機(jī)和光纖器處于待機(jī)狀態(tài)，聚焦激光束、模擬焊接螺旋路徑并調(diào)試好上述焊接參數(shù)，逐點(diǎn)進(jìn)行焊接；

7、步驟五：焊接后處理：完成焊接后，及時(shí)停止激光器，并等待焊接區(qū)域冷卻進(jìn)行修整焊縫形貌。

8、對本技術(shù)方案的進(jìn)一步補(bǔ)充，所述材料選用等厚的高強(qiáng)低合金鋼和鋁合金薄板(1～3mm)；工件可為形狀各異的薄板材，以搭接的方式(鋼上鋁下)提供有效焊點(diǎn)即可(尺寸10～100mm2)。優(yōu)選地用等厚的高強(qiáng)鋼和1mm厚的雙向鋼薄板dp980與1mm的6082鋁合金薄板；工件形狀切割為20mm×70mm尺寸的板材。

9、對本技術(shù)方案的進(jìn)一步補(bǔ)充，所述焊接路徑由三維三軸疊加伺服驅(qū)動(dòng)器控制，用cad畫出螺旋線形成激光螺旋點(diǎn)焊路徑；激光螺旋路徑由連續(xù)的類阿基米德螺線組成，螺旋線通過多個(gè)半徑依次遞增的半圓弧進(jìn)行貼近，外加最外圈圓形路徑進(jìn)行封口(其功率為焊接時(shí)的60％～80％)。最外圈半徑可為2～10mm。優(yōu)選地螺旋路徑由五條連續(xù)的類阿基米德螺線組成，最外圈半徑為2.5mm。

10、對本技術(shù)方案的進(jìn)一步補(bǔ)充，所述激光焊接參數(shù)，確定合適的激光功率范圍為500～1200w、焊接速度為10～50mm/s；離焦量為正離焦，激光焦點(diǎn)作用于工件表面之上0.2～1mm；占空比范圍在10％～100％；激光頻率范圍為1000hz～8000hz；由于dp980鋼和6061鋁合金的熔點(diǎn)和焊接特性不同，確定合適的激光功率為560w、焊接速度為20mm/s、離焦量為+0.75mm、占空比為90％、焊接頻率為5500hz。

11、對本技術(shù)方案的進(jìn)一步補(bǔ)充，焊接后處理后對焊接接頭進(jìn)行檢查，如去除焊接殘?jiān)?、打磨表面等，確保焊縫質(zhì)量和外觀滿足要求。

12、對本技術(shù)方案的進(jìn)一步補(bǔ)充，焊接路徑可由焊接工藝路徑自動(dòng)生成，焊接過程中可選用可視化追蹤影像來實(shí)時(shí)追蹤分析和反饋環(huán)焊縫狀況。

13、應(yīng)用一種鋁鋼異種材料激光螺旋焊接的方法的加工設(shè)備，包括水冷機(jī)、光纖激光器、激光頭、工作臺、主控pc、冷卻水管、傳輸光纖。

14、對本技術(shù)方案的進(jìn)一步補(bǔ)充，所述工作臺包括三維三軸疊加模組、伺服驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制板卡。

15、其有益效果在于，相比傳統(tǒng)的激光焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)：

16、(1)減少熱輸入和熱影響區(qū)域：激光螺旋點(diǎn)焊通過將焊接能量分散到多個(gè)微小焊點(diǎn)上，通過對占空比參數(shù)的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性激光器可轉(zhuǎn)化為脈沖型激光器進(jìn)行焊接，可以減少單點(diǎn)焊接時(shí)產(chǎn)生的局部高溫區(qū)域，減少輸入能量并降低了對工件的熱影響，加快冷卻時(shí)間；正離焦使其能量分布擴(kuò)大變寬且實(shí)現(xiàn)均勻化，有利于減少變形和裂紋的產(chǎn)生；不僅可以提高焊接瞬時(shí)功率保證高能量密度，還可以靈活性的調(diào)節(jié)脈沖寬度和頻率，進(jìn)一步減小熱輸入形成的高溫度梯度對異種材料的影響。

17、(2)提高焊接接頭質(zhì)量：由于焊接能量分散到多個(gè)微小焊點(diǎn)上，可以有效減少焊接接頭處的氣孔和夾渣等缺陷；在不同母材性能完好的基礎(chǔ)上，形成的焊縫性能突出，提高了焊接接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度；使材料緊密固連在一起組合成不同的性能梯度。保證在性能安全的基礎(chǔ)上，達(dá)成輕量化設(shè)計(jì)。

18、(3)增加焊接接頭的穩(wěn)定性：激光螺旋點(diǎn)焊采用連續(xù)螺旋運(yùn)動(dòng)的方式和光斑的快速移動(dòng)擴(kuò)大激光光斑作用的范圍進(jìn)行焊接，可以實(shí)現(xiàn)焊接過程中能量在焊點(diǎn)之間的均勻分布，另加最外圈圓形路徑進(jìn)行封口，增加焊縫粘結(jié)率和美觀性，進(jìn)一步提高了焊接接頭的穩(wěn)定性和一致性；

19、(4)適用性廣泛：激光螺旋點(diǎn)焊適用于各種形狀和厚度的鋁鋼異種材料，特別是在工藝效率、焊接間距等方面，相比于接觸焊接擁有快速、高效、精密的特點(diǎn)；具有較強(qiáng)的適用性和靈活性；

20、(5)節(jié)約能源和材料：相比傳統(tǒng)的激光焊接，激光螺旋點(diǎn)焊在焊接過程中能量分散，焊點(diǎn)更小，可以節(jié)約能源和焊接材料；

21、(6)提高生產(chǎn)效率：激光螺旋點(diǎn)焊采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行焊接，可以實(shí)現(xiàn)高速、高效的生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率和工藝穩(wěn)定性；

22、(7)工藝流程柔性高：加工工藝流程中具有靈活性高、自動(dòng)化程度高、節(jié)約能源和材料、減少熱影響區(qū)域、提高焊接質(zhì)量和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的新型焊接技術(shù)。