[发明专利]基于外加磁场的激光熔钎焊焊接接头性能调控装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于外加磁场的激光熔钎焊焊接接头性能调控装置及方法，它包括焊接底座、焊接平台和控制器，焊接底座和焊接平台之间设置有多个伸缩支撑柱，焊接底座的表面上设置有磁场发生装置，焊接平台上对称设置有固定夹具，固定夹具上方设置有焊接机器人，热成像测温仪和高速摄像机；控制器分别与伸缩支撑柱、固定夹具、热成像测温仪、高速摄像机和光纤激光器连接，光纤激光器与焊接机器人连接；所述控制器与上级计算机实现通讯。本发明既解决了搅拌摩擦焊接过程中铝合金变形较大的问题，又解决了熔焊过程中铝钢异种材料界面易生金属间化合物的问题，同时无需通过送粉或送丝的方式填充金属，可大幅提升焊接质量和效率、降低生产成本。

技术领域

本发明涉及激光焊接接头性能调控领域，具体涉及一种基于外加磁场的激光熔钎焊焊接接头性能调控装置及方法。

背景技术

随着汽车轻量化的提出，在车身设计中开始使用铝合金与传统钢材的焊接结构。由于铝/钢异种金属在焊接过程中极易发生冶金反应生成脆硬性较高的金属间化合物，导致接头脆硬性上升，降低了构件的机械力学性能。

现有焊接方法主要包括熔焊和搅拌摩擦焊，它们的缺陷如下：

1.熔焊不易控制焊接过程中的热输入，会导致接头内生成大量的金属间化合物；

2.搅拌摩擦焊会导致焊接过程中铝合金变形过大，应用性较低。

激光熔钎焊接对焊接过程热输入有较高的控制性，避免了焊接过程中铝合金的大变形问题，同时具有高柔性和高效率，但由于冶金反应仍然存在，接头铝钢异种金属界面内会生成一定量的金属间化合物，需要进一步的调控。

现有调控方法主要是通过喷粉及填丝向熔池中填充金属调控焊接接头性能。但采用喷粉的方式填充金属，会导致焊接过程中卷入水蒸气，焊缝形成后因为不同的相热膨胀系数的差异产生气孔、裂纹等缺陷；而采用填丝的方式填充金属，需要辅助送丝设备并精确控制光斑与焊丝的相对位置，设备结构复杂性高，技术难度大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于外加磁场的激光熔钎焊焊接接头性能调控装置及方法，本发明通过外加磁场与熔池内部热电流相互作用形成洛伦兹力，从而控制熔池的动态行为，一方面均匀化熔池中的合金元素分布特征抑制金属间化合物的形成，另一方面有效调控熔池的热循环过程改善焊缝及热影响区的微观组织，最终实现焊接接头力学性能的有效提升。

为实现上述目的，本发明所设计一种基于外加磁场的激光熔钎焊焊接接头性能调控装置，它包括焊接底座和焊接平台，所述焊接底座和焊接平台之间设置有多个伸缩支撑柱，所述焊接底座的表面上设置有磁场发生装置，所述焊接平台上对称设置有固定夹具，所述固定夹具上方设置有焊接机器人，热成像测温仪和高速摄像机；

所述装置还包括控制器，所述控制器分别与伸缩支撑柱、固定夹具、热成像测温仪、高速摄像机和光纤激光器连接，所述光纤激光器与焊接机器人连接；所述控制器与上级计算机实现通讯。

进一步地，所述磁场发生装置的最大磁场强度≤300mT(磁场发生装置感应线圈中的通过电流以及工件与发生装置之间距离的控制以实现对工件表面磁场模式、磁场方向、磁场强度等参数的精准调节，其中，磁场模式为恒定或交变磁场)。

再进一步地，所述焊接平台与磁场发生装置之间距离为0～300mm。

再进一步地，所述磁场发生装置中感应线圈通电的电流≤500A。

再进一步地，所述红外热成像仪的测温范围为±3000℃，测温精度为±1℃(用于分析焊接过程中的热循环特征)。

再进一步地，所述高速摄像机的最高分辨率为1280×800，最高拍摄速率为300000帧/秒(用于分析焊接过程中熔池的动态变化特征)。

本发明还提供了一种上述调控装置的激光熔钎焊方法，包括以下步骤：