[发明专利]一种高频振动辅助激光焊接铝合金的方法

说明书

本发明属于材料加工工程领域，涉及一种高频振动辅助激光焊接铝合金的方法，包括以下步骤：经预处理的铝合金工件刚性固定在装配有电磁式激振器的工作平台上，在电磁激振器作用下，处于适合铝合金工件的共振频率和振动加速度时，保护气体环境中进行激光焊接。本方法通过在铝合金激光焊接过程引入高频振动辅助工艺，通过高频振动产生的机械振动作用，细化晶粒，提高焊接接头的力学性能；减少焊接过程中焊缝周围区域的温度梯度，利于熔池中液态金属流动，减少气孔生成，且易于实现自动控制、效率高、便于操作，具有较为理想的工程应用意义。

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，具体涉及一种高频振动辅助激光焊接铝合金的方法。

背景技术

铝合金由于其低密度，接近或超过优质钢的高强度，塑性好，优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空航天、汽车、高速列车以及船舶等工业制造中得到大量应用，是工业中应用较为广泛的工业金属结构材料。

激光焊是上世纪70年代发展而来的，并在80年代受到欧美国家的广泛关注，它是以高功率密度激光束作为热源进行焊接的一种高能束焊接方法。激光焊较之传统焊接方法具有能量密度高、焊接速度快、焊接热影响区小、深宽比大、焊缝晶粒细小、接头质量高等优点，在工程中被广泛应用。

振动焊接是在常规焊接过程中给焊件施加周期性的外力，使焊件随振随焊，达到降低焊接残余应力、改善焊接接头成形、优化接头组织、细化晶粒等目的，进而提高焊接接头性能的一种焊接方法。

激光焊接优点鲜明，但在铝合金焊接过程中依然存在一定的焊缝气孔、焊接残余应力、热裂纹和焊接变形等缺陷。又由于激光焊接头组织多为联生柱状树枝晶，熔池两侧枝晶在熔池中心相遇时，其结合性能较低；加之柱状晶本身性能存在各向异性，致使焊缝综合机械性能变差。因此，铝合金的激光焊接技术成为材料加工工程领域的研究热点之一。

基于铝合金激光焊接的上述缺陷形成以下专利：

1.一种铝合金激光焊接方法(专利公开号CN 106181031 A)通过在激光焊接头与待焊母材之间设置气旋式真空罩形成局部真空环境，解决铝合金激光自熔焊接过程中合金元素蒸发烧损，焊接接头强度大大降低问题的技术方案。

2.一种铝合金激光摆动焊接工艺方法(专利公开号CN 107442935 A)通过采用摆动激光束沿着平行于焊接方向的轴前进，摆动激光束在所述轴的两侧往复运动，形成一曲折的运动路径的方法，解决激光焊接过程中由氢及合金元素蒸汽形成的冶金气孔以及激光小孔不稳定坍塌而形成的工艺气孔严重超标等问题的技术方案。

3.一种减少铝合金焊接气孔的激光-电弧复合焊接方法(专利公开号CN106475684 A)通过选用绞股焊丝代替普通的铝合金焊丝，使用激光-电弧复合热源，对铝合金进行焊接，能有效减少接气孔，减小焊缝缺陷的技术方案。

4.一种铝合金激光深熔焊接气孔的抑制方法(专利公开号CN 106825912 A)通过在待焊母材对接面预置与待焊截面尺寸大小相同的金属铌箔或铌层，增加熔池温度、改善熔池流动性、改善激光焊接过程稳定性，有效解决铝合金激光深熔焊接过程中的气孔难题的技术方案。

本发明基于铝合金激光焊接的上述缺陷，提供一种新的铝合金激光焊接方法，该方法通过在铝合金激光焊接过程引入高频振动辅助工艺，通过高频振动产生的机械振动作用，明显减少气孔，细化晶粒，降低焊缝残余应力，优化成形性，提高焊接件的力学性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种高频振动辅助激光焊接铝合金的方法，该方法降低焊接熔池的温度梯度，促进熔池中液态金属流动，进而减少气孔，细化焊缝晶粒，降低焊接残余应力，提高焊接接头的力学性能。