[发明专利]一种用于铝合金激光焊接的表面预处理方法

说明书

本发明提供了一种用于铝合金激光焊接的表面预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用能量密度为I₁的短脉冲激光对铝合金待焊接区域进行表面织构化处理，形成周期性波纹微结构，增加铝合金待焊接区域的表面粗糙度，所述的I₁高于铝合金的烧损阈值I_a；2)采用能量密度为I₂的短脉冲激光对铝合金待焊接区域进行表面清洁化处理，去除铝合金待焊接区域的微结构表面的污染物，增加铝合金待焊接区域的表面清洁度，所述的I₂高于铝合金的清洗阈值I_c并低于铝合金的烧损阈值I_a；3)在30分钟内的时间内开始铝合金焊接工作。本发明的方法能够同时解决铝合金表面对激光反射率高和表面氧化膜难去除两大问题，可显著提高铝合金焊缝成形质量。

技术领域

本发明属于激光表面处理技术领域，特别涉及一种用于铝合金激光焊接的表面预处理方法。

背景技术

激光焊接具有热影响区小、焊接速度快、焊接质量好、焊接柔性强、便于自动化等优点，已被广泛用于航空、航天、汽车、高速动车等领域。但激光焊接铝合金时存在以下难点：铝合金表面对反射率高，导致激光能量利用率低，甚至会造成光纤和激光器的烧毁；铝合金表面极易生成高熔点的Al₂O₃膜，导致焊接稳定性变差，并引起焊缝内出现氢气孔、夹杂等缺陷。因此，激光焊接铝合金前必须对其表面进行预处理，而且与传统电弧焊、等离子弧焊或钢铁、钛合金等材料的激光焊不同，铝合金的激光焊对焊前预处理具有更特殊的要求，焊前既要去除表面的氧化膜，又要降低表面对激光的反射率。

焊前去除铝合金表面氧化膜的方法主要有：机械法、化学法和激光清洗法。机械法存在劳动强度大、效率低、质量差、可重复性低等缺点；而化学法工序复杂，清洗周期长，易造成环境污染。与上述两种方法相比，激光清洗法具有质量好、效率高、不损伤基体、绿色环保、便于自动化等优点。现有技术如：1.用于焊接之前覆盖材料的激光清洗的设备和方法，CN201280059967.6；2.一种铝合金氧化膜焊前激光清洗的方法，CN201610322051.5；上述方法主要是从仅去除表面氧化膜的角度考虑，采用能量密度低于铝合金烧损阈值的激光烧蚀金属表面的油污、氧化膜等污染层，并不损伤金属基体，这种方法虽然能有效去除表面氧化膜，但会使铝合金表面变得更加平整光洁，从而会加剧铝合金表面对激光的反射。

焊前降低铝合金表面对激光反射率的主要方法有：喷砂抛丸法、涂覆活性剂法和激光毛化法。喷砂抛丸法通过增加表面粗糙度方式降低反射率，但对材料表面损伤大，易引起薄板的变形；涂覆活性剂法通过提高表面活性的方式降低反射率，但易引起焊缝夹杂，并造成环境污染。激光毛化具有效率高、绿色环保、可控性好、便于自动化等优点。现有技术如：1.高反射材料的激光焊接方法，CN201410357139.1；2.一种用于金属激光毛化的全固态激光器，CN201010540123.6；上述方法都是从仅降低表面反射率的角度考虑，采用能量密度高于铝合金烧损阈值的激光同时烧蚀金属基体及其表面氧化膜，通过增加表面粗糙度的方式降低反射率，这种方法虽然能有效降低表面反射率，但由于激光能量密度过大，在激光烧蚀过程中铝合金表面会产生一层新的氧化膜，新氧化膜的存在将导致焊接质量变差。

目前，用于铝合金表面预处理方法大都局限于目的单一或作用单一，如激光清洗法、化学清洗法仅能用来去除表面氧化膜，而激光毛化法、涂覆活性剂法仅能用来降低表面对激光的反射率。由于铝合金激光焊前表面预处理的特殊性，单一的去除表面氧化膜或降低表面反射率均无法满足要求，难以获得良好的焊接质量。因为，激光清洗法和激光毛化法之间的相互作用机理复杂，互相牵制影响各自的处理质量，因此，现在技术中还没有将两种处理方法结合的功能多样化、复合化的表面预处理技术。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种用于铝合金激光焊接的表面预处理方法，能够同时解决铝合金表面对激光反射率高和表面氧化膜难去除两大问题，可显著提高铝合金焊缝成形质量。