[发明专利]铝合金的局部真空激光焊接并双面退火的装置

说明书

本发明公开了一种铝合金的局部真空激光焊接并双面退火的装置，局部真空室出气管的排气流量大于进气管进气流量，在焊接时提供负压环境，并设有电阻加热板对焊板进行预热，还设有激光退火模块，在对铝合金板材进行激光焊接并轻微冷却后，利用预热的余温进行激光退火，在焊接接头的上下表面形成了晶粒细化和残余压力层，从而提高了焊接接头的屈服强度、抗拉强度；局部真空下的激光焊接降低了外界气压，有利于熔池内气泡排出，减少气孔缺陷，同时抑制了光致等离子体和金属蒸汽的产生，减少了对激光束能量的逆韧致吸收；另外，焊板的预热处理提高了焊接过程的稳定性，飞溅大幅度减少，焊缝表面的鱼鳞纹趋于细密，减少了焊缝表面凹坑缺陷。

技术领域

本发明涉及铝合金焊接技术领域，尤其涉及一种铝合金的局部真空激光焊接并双面退火的装置。

背景技术

激光焊接技术因其功率密度大、热影响区小、焊缝深宽比大、不受电磁干扰、无磁偏吹现象被广泛应用于汽车制造、压力容器制造等行业中。汽车作为主要的民用交通用具，在保证安全系数足够的前提下，实现轻量化是目前面临的一大难题。通过对生产成本、零件质量、材料利用等几个方面比较，铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要原材料，用铝合金结构代替传统钢材，可使汽车减重30％-40％，是轻量化制造及环保节能的重要途径。铝合金具有比强度高、耐腐蚀、易加工成型的优点，也是航天器材料的选择。但铝合金在焊接中面临一大难点便是焊接气孔的控制。这是由于铝及其合金的化学活泼性非常强，表面极易形成氧化膜，氧化膜多为难熔物质(Al₂O₃的熔点为2050℃，MgO熔点为2500℃)，氧化膜的比重和铝的比重较接近，所以容易成为焊缝金属的夹杂物，通常自然形成的氧化膜由于疏松性可以吸收较多水分，水分中的氢元素成为了焊缝中氢气孔的重要来源。另外，日本学者Matsunawa等人通过研究发现，铝合金激光焊接时的匙孔内部处于不稳定的振荡状态，导致了匙孔内液态金属的剧烈流动，匙孔内的金属蒸汽向外喷发致使匙孔开口处的蒸汽形成湍流，将保护气体卷入匙孔底部，随着匙孔的向前移动，这些保护气体以气泡的形式进入熔池，由于焊缝冷却速度极快，气泡来不及逸出而成为了气孔，这类气孔称为工艺性气孔。为了防止氢气孔，一个方法是熔池凝固之前使氢以气泡的形式及时排出，为了防止工艺性气孔，一个方法是使保护气形成的气孔在熔池凝固前便加速逸出。研究发现，真空或负压环境中因为外界气压较低，能加速熔池内气泡的排出速率，减少凝固后的气孔缺陷。

另外，研究发现，不预热的条件下进行铝合金的焊接，极易出现大飞溅、表面鱼鳞纹不均匀且有较大的凹坑缺陷，对接头质量不利。焊接前给予适当的预热，可使焊接过程趋于稳定，飞溅和凹坑可得到大幅度减少。

在焊接接头的热处理方面，国内学者进行了大量研究。杨松等人在期刊论文《AP1000蒸汽发生器环焊缝局部热处理对U形管局部损伤的分析和预防》(焊接学报，2015,36(6)：90-94)中，分析了热处理对局部损伤的影响，获得热处理变形的控制方法；邹德宁等人在期刊论文《热处理对2205双相不锈钢焊接接头力学性能的影响》(机械工程学报，2011,47(2)：85-89)中，研究了热处理后焊接接头的力学性能，解释了焊接接头组织的演变特征；郝亚鑫等人在期刊论文《焊后热处理对7A04铝合金水下搅拌摩擦焊接接头组织性能的影响》(材料工程，2016，44(6)：70-75)中，对焊接接头进行热处理，分析了热处理对析出相尺寸及分布的影响。激光热处理通过控制激光方向和调制频率可以对材料表面的任意局部进行处理，利用其高能量改变材料表面微观结构，产生残余压应力，提高拉伸性能。

检索发现，专利《一种铝合金真空电子束焊接方法》(申请号：201210433230.8)所述的将焊接工件相互压装后放入真空室中，之后以电子束扫描进行预热、预连接、穿透焊接，最后再真空冷却，能够有效提高焊缝质量，但是需要对整个焊接炉空间设置真空环境，提高了成本，也不方便对大尺寸工件的加工。专利《铝合金仪表板横梁焊接方法》(申请号：201110459261.6)所述的对铝合金进行焊接前去氧化膜处理之后定位焊接，操作方便，但是由于没有后期的焊缝修饰，焊接结构件力学性能有待加强。

发明内容