[发明专利]一种薄板叠层组合激光焊接方法及其纵截面焊缝轮廓形状

说明书

本发明属于焊接领域，公开了一种薄板叠层组合激光焊接方法：所述薄板叠层组合包含多层金属板，其中单层板厚度不大于2.5mm，所述焊接方法的特征在于，使用连续激光器输出的激光，使激光束以摆动路径作用在叠层组合上层板的上表面；同时，对激光束的输出能量进行调制控制，使所述激光束能量输出过程中存在周期性低于主体设定能量的低能量时段。本发明方法能够控制薄板叠层组合焊缝熔深，获得无泄露点的连续密封焊缝，适合于薄板密封承压产品的焊接。

技术领域

本发明涉及薄板叠层组合焊接领域，具体涉及多层板激光焊接焊缝缺陷和表面成形以及底层板熔深控制的焊接方法。

背景技术

在交通行业的车身结构、通用设备与建筑行业的钣金外观、能源电力等行业的热管理系统冷却件，以及其他类似产品中，存在大量薄板叠层组合结构，通常使用电阻焊、常规激光焊、钎焊等技术，现有工艺方法分别存在焊缝表面成形差、内部有气孔与裂纹缺陷、能耗高且母材强度损失严重等问题，尤其是现有激光焊技术取代电阻焊、钎焊等方法时，通常不能满足表面质量要求与连续焊缝不泄露等条件，从而导致激光焊技术难以获得规模化应用，不能实现生产效率的提升与制造成本的降低。因此，如何通过激光焊接工艺方法创新以实现焊缝表面质量高、内部缺陷少，满足产品件的外观要求、强度与密封等功能要求是扩大激光焊技术应用规模、提升制造业技术水平、促进产品竞争力提高和经济快速发展的关键点。

在材料应用方面，铝合金作为低密度、高导热材料在热管理器件中得到广泛应用，随着新能源汽车发展，热管理产品形式与材质逐渐多样化，传统的钎焊技术存在设备投资大、应对材质受限以及环保压力等问题难以适应行业未来需求，激光焊以其柔性和绿色特性受到行业重点关注，但是，铝合金叠层组合激光焊面临着焊缝气孔、裂纹、薄板底层板易焊透等问题，不能满足产品保压密封、接触面平整等使用要求。因此，亟需铝合金激光焊工艺方案，以解决上述问题，实现技术转型升级。

在现有技术中，比如文献CN109759699B和CN107511584A，通常采用单纯的脉冲激光实施、或者沿着设计的摆动路径实施，往往还需要采用清除表面氧化层、施加保护气体、预热等辅助措施，并且被焊材料组合通常板厚范围较窄、或者接头形式限制，不能满足多层板叠层组合连续长焊缝密封焊要求。

参考文献CN111843211A公开了一种利用摆动连续激光和摆动脉冲激光分别同步进行搭接焊的方法，其中摆动脉冲激光对摆动连续激光形成的熔池进行冲击搅拌，该方法需要两套激光系统才能实施，具有较大的限制。

发明内容

为了解决薄板叠层组合结构，尤其是铝合金薄板叠层结构，在激光焊接过程中存在的焊缝裂纹、气孔缺陷，和焊缝上表面成形差、底层板背面焊透突起等问题，使焊接产品满足焊缝保压密封、接触面光滑平整等使用要求，本发明提供了一种薄板叠层结构激光焊工艺解决方案，本发明提供的一种技术方案为：使用连续激光器输出的激光，使激光束沿着设定的路径作用在叠层组合上层板的上表面，所述路径具有周期性重复的特征，其最小重复单元具有幅度A和宽度L，且位于边长3mm的方形区域内；所述幅度A为最小重复单元在焊缝宽度方向覆盖范围的最大值，所述宽度L为最小重复单元在焊缝长度方向覆盖范围的最大值；在所述激光束沿着设定路径扫描的同时，对作用在叠层组合上的激光束能量进行调制控制，使所述激光束能量作用过程中存在周期性低于主体设定能量的低能量时段；所述主体设定能量为高能量，单个高能量时段和单个低能量时段组成的最短单元为一个能量周期；所述激光束在所述叠层组合中形成的焊缝在叠层组合底层板的下表面不可见、或者可见焊缝的宽度不大于上表面焊缝宽度的50％；所述叠层组合包含多层金属工件，其中单层工件的焊接区域的厚度不大于2.5mm。