[发明专利]铝合金激光焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金板材或型材对接焊接的方法，具体地说是一种铝合金激光焊接方法，属于金属焊接技术领域。

背景技术

铝合金不但具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，同时还具有良好的成形工艺性，因此成为应用最广泛的一类有色金属结构材料，广泛应用于航空、航天、高速轨道列车或其它运载工具的结构材料。然而，由于铝合金材料特有的物理和化学特性，决定了其独特的焊接性，因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。

铝合金激光焊接技术(LaserWelding)是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。

激光焊接铝合金有以下优点：能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好；与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X射线；可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。

虽然用激光焊接铝合金具有很多优点，但是由于这种工艺还不成熟，焊接时存在着一些问题：①铝合金对激光能的吸收很低；②合金元素烧损严重；③易产生气孔；④热裂纹敏感性大。要解决这个问题，就必须从两方面着手：一是增大激光功率密度；二是采用其他措施来提高铝合金对激光能的吸收率。在现阶段，大幅度提高激光功率密度不但会遇到技术上的问题，在成本上也是一个难题，所以，为了解决铝合金激光焊的一些问题，首要的选择就是提高铝合金对激光能的吸收率。

将激光的光能转化为热能的过程可用自由电子的经典模型来描述。激光除被金属表面反射部分之外，主要被表层内的电子吸收。一般金属的激光穿透深度＜0.1μm。表面层电子吸收激光光子的能量后能量升高，并在极短时间(10^-11～10^-10s)内通过与晶格碰撞，转化为晶格的振动能，引起材料温度的升高，然后按照热传导的机理，把热能向材料内部传播，使材料表面快速加热，然后自身快速冷却，而铝合金对激光的反射率高达80％～90％，这是激光焊接铝合金的一个最大难点。

铝合金表面对激光束的强烈反射不仅造成了大部分宝贵的激光能量的损失，而且也严重威胁着操作人员的身体健康。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种铝合金激光焊接方法，其可以大幅度提高铝合金对激光的吸收率，产生焊缝深度大、热影响区小、外形美观的金属焊件，在焊接铝合金板材及型材时可有效提高焊接质量和焊接效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种铝合金激光焊接方法，对铝合金焊件的待焊部位进行激光焊接前，对待焊接部位进行纳米金属氧化物的预处理，即在铝合金焊件的焊道上刷涂或喷涂一层纳米金属氧化物。

本发明的进一步改进在于，所述纳米金属氧化物先分散在醇类或酮类溶剂中，然后再刷涂或喷涂在铝合金焊件上，待焊件上的醇类或酮类溶剂挥发完全之后，即在焊道上仅覆盖纳米金属氧化物时，再进行铝合金的激光焊接。所述纳米金属氧化物在分散过程中采用超声分散法，分散溶剂优选丙酮溶液。

所述纳米金属氧化物优选为纳米三氧化二钇。

在进行纳米金属氧化物预处理过程中，预处理带的宽度为5-20mm，优选为10mm。在铝合金激光焊接中，激光束的离焦量为0mm，待焊接工件的焊接部分具有0.1mm或者更小的对接空间。

在对厚板铝合型焊件进行焊接时，对焊接部分进行多次预处理，即将纳米金属氧化物分多次刷涂或喷涂于焊件的焊道上。