[发明专利]一种镁合金Nd:YAG脉冲激光点焊方法

说明书

本发明公开了一种镁合金Nd:YAG脉冲激光点焊方法，其特点是，采用尖峰陡降递进缓冷式脉冲波形抑制激光焊点气孔和凝固裂纹生成，包括尖峰阶段、矩形主波段、陡降波段和缓降波段；所述尖峰波段的峰值功率变化区间为2×p→p，脉冲时间为0～1ms；所述矩形主波段的峰值功率为p，脉冲时间为1ms～4ms；所述陡降波段的峰值功率变化区间为p→n，0.1p≤n≤0.5p，脉冲时间为t，1ms≤t≤5ms；所述缓降波段的峰值功率变化区间为n→0，脉冲时间为t。本发明方法可有效抑制激光点焊缺陷生成，提高激光点焊吸收率，改善激光焊点质量。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种镁合金Nd:YAG脉冲激光点焊方法。

背景技术

现有技术中，镁合金在汽车产业中的应用主要为压铸件。近年来，本领域技术人员尝试利用变形镁合金制造汽车白车身，这就不可避免地遇到一个问题，即：变形镁合金的焊接适应性。在汽车生产制造中，应用最多的焊接方法是电阻点焊。由于镁合金的活性强，在与电阻电极接触时，易使电极表面发生烧损，产生焊接飞溅，熔核尺寸减小，坑剪力下降。为保证镁合金电阻焊点质量，必须频繁整修及更换电极，严重降低生产效率，并且焊点质量不稳定。Nd:YAG脉冲激光点焊是一种非接触式的单面成形点焊方法，其对焊接结构及夹具的空间分布的要求较低，因而是一种理想的汽车白车身的自动化生产点焊技术。由于脉冲激光焊点熔池体积小，矩形脉冲激光束闭合具有瞬时特性，使得激光焊点熔池的冷却速度极快，易形成焊点气孔和凝固裂纹等缺陷，制约脉冲激光点焊技术的发展及应用。

为了解决上述存在的问题，如公开号为CN102091871A的中国专利公开了一种金属材料薄板的激光脉冲点焊方法，其核心办法是采用缓降脉冲(800～1000ms/0～1000ms)、缓升脉冲(0～200ms/0～1000ms)、锯齿脉冲(0～200ms/800～1000ms)和缓升-缓降脉冲等脉冲波形抑制焊点缺陷生成，但是并未针对不同热物理性能的金属材料开发专属脉冲波形，因而应用范围十分有限。在研究论文方面，针对铝合金和不锈钢的激光点焊脉冲波形的研发较多，而对镁合金激光点焊的关注较少。现有文献中，张效宾(变形镁合金脉冲激光点焊工艺及机理的研究,吉林大学,2020.)开发了陡降恒定缓冷式脉冲波形抑制镁合金激光焊点缺陷，结果表明：该脉冲波形对焊点气孔的抑制效果较好，而对凝固裂纹仅具有一定的抑制效果，并且激光焊点的吸收率较低。

目前国内外尚无抑制镁合金激光焊点气孔和凝固裂纹以及提高激光焊点吸收率的联控高效的脉冲波形，为此，本发明设计了一种镁合金Nd:YAG脉冲激光点焊方法，开发适用于镁合金热物理特性的激光点焊的专属脉冲波形，抑制激光焊点凝固裂纹的生成并提高激光焊点吸收效率，改善镁合金脉冲激光焊点成形质量，提高焊点承载能力，为镁合金的激光点焊技术在汽车生产制造领域的探索性应用提供保障。

发明内容

针对上述的不足，本发明的目的是提供一种科学合理、简单实用、生产效率高、焊点质量好的镁合金Nd:YAG脉冲激光点焊方法。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种镁合金Nd:YAG脉冲激光点焊方法，包括：利用砂纸和丙酮溶液打磨并擦拭镁合金焊接母材表面，去除镁合金焊接母材表面的氧化层和油脂；采用专属激光点焊夹具，将镁合金焊接母材固定在焊接工作台上；设置脉冲激光束的脉冲波形，其特征是：采用尖峰陡降递进缓冷式脉冲波形进行激光点焊，所述尖峰陡降递进缓冷式脉冲波形包括尖峰阶段、矩形主波段、陡降波段和缓降波段；所述尖峰波段的峰值功率变化区间为2×p→p，脉冲时间为0～1ms；所述矩形主波段的峰值功率为p，脉冲时间为1ms～4ms；所述陡降波段的峰值功率变化区间为p→n，0.1p≤n≤0.5p，脉冲时间为t，1ms≤t≤5ms；所述缓降波段的峰值功率变化区间为n→0，脉冲时间为t。

进一步，所述镁合金焊接母材成分为镁-铝-锌合金，合金元素含量≤10wt％。

进一步，所述镁合金焊接母材厚度为0.3mm～3.0mm。