[发明专利]一种弥补异种金属焊缝熔池温度差的激光焊接方法及装置

说明书

本发明公开了一种异种金属焊缝组织可控的激光焊接方法及装置，属于激光焊接领域。本发明采用在异种金属工件下各安装一个温度可调控的导热垫板，实现对熔池温度差的补偿。本发明装置包括：激光焊接模块、保护气体模块、三维运动控制平台、智能控温工装模块、计算机实时监控模块。智能控温工装模块的导热垫板安装在三维运动控制平台上，激光焊接模块用于工件焊接提供热源。保护气体用于焊接时提供气体保护，所述的智能控温工装模块的导热垫板安装在三维运动控制平台上，用于焊接过程中焊缝区材料的熔化和凝固的温度和速度进行控制。针对材料的物化性质，在焊接过程中为异种材料的熔化和凝固提供差异化的温度补偿，进而获得性能优异的组织。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，更具体地说，涉及弥补异种金属焊缝熔池温度差的激光焊接方法和装置。

背景技术

焊接技术是材料连接的重要方式。焊接的工艺众多，既有传统的电阻焊和电弧焊接，也有新型的电子束焊、摩擦焊搅拌焊和激光焊。激光焊接具有工艺参数可控性好、焊接接头深宽比大、焊缝热影响区小、加工柔性高等优点。因此，近年来在微电子、汽车工业、航空航天业等行业逐步得到了应用。

伴随着工程技术的发展，对具有特定功能性的材料的要求越来越高，异种材料连接逐渐进入工程应用领域。异种金属焊接时，因为金属的物化性质差异大，往往容易形成脆性的金属化合物相，如果此脆性相的种类和厚度不能得到很好的控制，金属间化合物层会严重削弱焊接接头的力学性能，难以形成优质可靠的焊接接头。专利号为CN201510241538.6一种调控钛/铝异种金属搅拌摩擦焊接头中脆性相的方法，其原理是通过添加锌基中间层引入第三种合金元素，阻隔钛/铝原子的直接接触，进而干扰Ti-Al系脆性相的生成。搅拌摩擦焊过程中很难保证钛/铝原子始终不接触生成脆性相，过渡元素的引入会使得焊缝的耐腐蚀性能下降。专利号为CN201310694426.7异种金属的闪光焊焊接方法，其采用闪光焊焊接工艺对异种金属进行焊接，通过减少高熔点金属需要熔化那部分的质量和大小或对高熔点金属进行焊接前预热，这样使得进行闪光焊时热量平均分配给待焊接的异种金属也可使异种金属同步达到熔融温度。通过控制高熔点金属的质量和大小往往受接头形式的限制，实现成本较高；通过预热的方法实现共同熔化，对工艺要求较高。

高熔点差异的异种金属材料的焊接时，存在焊接温度达到一种材料的沸点时，而另一种材料还未熔化，往往造成低熔点材料损失严重，出现焊缝塌陷和气孔等缺陷。高熔点差异的异种金属材料的焊接是一大技术难题。要想获得优质可靠的异种金属焊接接头，就需要优良的焊缝组织和合适的金属间化合物，才能保证焊接接头的力学性能。控制焊缝组织和金属间化合物的重要方式之一，就是控制焊接时，焊缝的热输入量、焊缝温度和冷却速度。但是异种金属的物化性质差异大，难以实现两种材料同时在合适的温度下熔化和凝固，因此就需要有针对不同材料的焊缝熔池温度差进行温度补偿，对焊缝区金属的熔化及凝固过程进行干预，获得性能优良的焊接接头。

发明内容

本发明的目的是针对异种金属焊接过程中，由于异种金属的物理特性差异，单一热源输入和冷却环境使得异种金属的焊缝组织不均匀，金属金化合物的种类及厚度难以控制的不足，设计了弥补异种金属焊缝熔池温度差的激光焊接系统，根据异种金属焊接时各自所需输入的热量和冷却环境不同要求，精确控制焊接过程中异种金属下部的冷却垫板的温度，进而干预焊缝区材料的熔化和凝固的温度和速度，最终获得性能优良的焊接接头。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。