[发明专利]一种结合激光和搅拌摩擦焊的复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工制造领域，具体涉及一种结合激光和搅拌摩擦焊的复合焊接方法。

背景技术

由于搅拌摩擦焊是利用高速旋转的搅拌头和轴肩与金属出于塑性状态，随着搅拌头前进，金属向搅拌头后方移动而形成致密焊缝的一种固相焊方法，所以其适合于材质较软的金属的焊接，其被应用于有色金属如Al、Cu的焊接已经获得成功，但同时搅拌摩擦焊接材质较硬的金属如不锈钢时仍然存在着弊端。由于不锈钢硬度较高，因此，其焊接速度慢，效率低，成为制约不锈钢的搅拌摩擦焊的广泛应用的桎梏；另外基于搅拌摩擦焊本身的特点，被焊零件的末端留有“匙孔”，所以必要时，焊接工艺上需要添加“引焊板或出焊板”，这对焊接设备的装卡方面又是一种资源的浪费，此外还有研究发明设计专用搅拌头或者采用嵌入式搅拌摩擦焊的方法来减少此类问题的发生几率，中国公开专利CN102120287A中公开了一种异种金属嵌入式搅拌摩擦缝焊方法，具体公开了在较硬的第二母材上加工一个或多个燕尾槽，然后按搭接形式组装，要求将铝板置于较硬第二母材燕尾槽的上侧；使用无针搅拌头并倾斜安装；启动搅拌头旋转并使之与铝板上表面接触：限制搅拌头的压入深度约为0.1mm～2mm之间，无需穿透焊接界面；经在起始端摩擦预热数秒后，移动旋转着的搅拌头或工作台，即可将铝板旋挤入下板的槽内，完成焊接或包覆，通过这种摩擦焊接方法，能避免匙孔的产生，然而应用范围较窄，且焊前工作量大，焊接效率很低。因此，迫切需要解决这两方面的问题。同时，由于激光焊接具有功率密度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等特点，使其在不锈钢焊接领域广泛应用，但是激光焊接对装卡精度要求较高，这也制约了不锈钢的激光焊接的发展。

由于搅拌摩擦焊接时受到搅拌头尺寸大小的影响，对每个型号的搅拌头其都有最大的加工尺寸，这也制约了对其焊接厚度的制约，不能完成超过其最大加工尺寸的板材的加工。

发明内容

为了解决背景技术中材质较硬的焊接板的焊接存在的问题，本项发明提供了一种可实现焊接板的焊接速度快，焊接质量高的复合焊接方法，该焊接方法成功地将激光和双搅拌头摩擦焊这种复合焊接技术应用于焊接板的高效连接，解决了大厚度焊接板的搅拌摩擦焊高效连接的难题。

为解决上述问题，本发明提出了一种激光焊和搅拌摩擦焊的复合焊接方法，其包括：在待焊接板的正面布置第一摩擦搅拌头，在待焊接板的背面布置第一激光束；焊接时，首先由第一激光束对待焊接板上待焊接部位进行照射软化，然后由第一摩擦搅拌头进行搅拌摩擦焊接。

其中，在所述待焊接板的背面还布置有第二摩擦搅拌头，所述待焊接板的正面布置有第二激光束；所述第一激光束、第一摩擦搅拌头、第二摩擦搅拌头和第二激光束沿与焊接方向相反的方向依次布置；所述第一摩擦搅拌头和第二搅拌摩擦头在待焊接板表面上的作用点在水平方向上相隔一定距离；在焊接时，所述第一激光束将待焊接部位软化，所述第一摩擦搅拌头和第二摩擦搅拌头在待焊接板的正反两面同时进行摩擦焊接，待焊接完成后第二激光束对所述焊接缝进行重溶。

所述待焊接板为不锈钢板。

通过在不锈钢板背面添加另一摩擦搅拌头，能大大提高所述焊接方法能焊接的不锈钢板的厚度，所述第一激光束沿着焊接方向提前预热并初步软化待焊不锈钢板，这样能显著提高搅拌摩擦焊的焊接速度；所述第二激光束，能够重熔已经被搅拌摩擦焊焊接完成的焊缝，一方面能够改善被搅拌摩擦焊焊接完成的焊缝的外观，消除搅拌摩擦焊所留下的匙孔；另一方面，能够进一步改善焊缝的质量。根据板厚的不同合理选择适合的第一激光束及第二激光束的功率，焊接开始时，第一激光束首先作用到待焊不锈钢板，然后第一摩擦搅拌头、第二摩擦搅拌头、第二激光束依次作用在待焊不锈钢板上；焊接结束时，第一激光束首先离开待焊不锈钢板，然后第一摩擦搅拌头、第二摩擦搅拌头、第二激光束依次离开待焊不锈钢板上。整个焊接过程都不需要引焊板或出焊板。通过上述激光束+双搅拌头搅拌摩擦焊复合焊接方法，达到了1+1＞2的效果，使得不锈钢的焊接实现了又快又好的焊接。

附图说明

图1为本发明优选实施例中激光焊和搅拌摩擦焊的复合焊接不锈钢板的装配示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。