一种不锈钢与铝合金的激光焊接方法与流程

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种不锈钢与铝合金的激光焊接方法。

背景技术：

随着电子工业迅速发展，铝-不锈钢钢异种材料的连接需求越来越多。然而铝、不锈钢之间的焊接一直是连接领域的热点和难点问题。主要困难在于：一是焊后两种材料之间会生成金属间化合物，降低了焊接强度；二是由于铝合金表面存在致密的氧化膜，阻碍了异种材料的结合。

目前对铝-不锈钢异种材料的连接主要采用的方法为钎焊、熔钎焊、摩擦焊以及机械连接方法，但是这些方法焊接的焊缝接头强度均不够理想，且生产效率低下，无法满足电子厂家的生产要求。如专利《铝合金与1Cr18N i 9Ti不锈钢的搅拌摩擦焊接方法及专用搅拌头》，中国，公开号：101972891A；专利《一种含铝-钢异种材料热压焊接方法》，中国，公开号：103143831A。

目前也有采用传统Nd:YAG激光脉冲对不锈钢薄板与铝合金板材进行点焊搭接试验，通过优化工艺设计，但是熔合区域仍然存在金属间化合物，厚度约为5微米，3个焊点拉伸剪切力为75.2N，绝大部分电子产品内构件的强度要求均大于该实验的结果，因此仍然不能满足实际的需求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种连接可靠、效率高的不锈钢与铝合金的激光焊接方法。

本发明采用的技术方案是：一种不锈钢与铝合金的激光焊接方法，分别对待焊接的板状的不锈钢工件和铝合金工件进行处理使其表面无任何杂质且干燥，将处理过的不锈钢工件和铝合金工件紧密贴合叠放在一起，采用纳秒红外激光器输出激光并沿焊接轨迹扫描不锈钢工件或铝合金工件表面对其进行焊接，被扫描的不锈钢工件或铝合金工件的厚度为0.05-0.5mm，焊接时纳秒红外激光器输出的激光垂直于被扫描的不锈钢工件或铝合金工件表面。

进一步地，对不锈钢工件进行处理的过程为：先采用砂纸将不锈钢工件表面的污染物打磨去掉，然后将不锈钢工件放置于清洗液中进行超声清洗10-20分钟，去除不锈钢工件表面杂质，最后取出干燥。

进一步地，对铝合金工件进行处理的过程为：将铝合金工件放置于清洗液中进行超声清洗10-20分钟，去除铝合金工件表面杂质，然后取出干燥。

进一步地，所述清洗液为酒精或去离子水。

进一步地，采用工装夹具将不锈钢工件和铝合金工件夹紧使其紧密贴合。

进一步地，所述纳秒红外激光器在焊接时输出激光的平均功率为50-100W、波长为1059-1065nm、单脉冲能量为0.1-1.5mJ、脉冲宽度为10-500ns、扫描频率为25-500kHz、扫描速度为10-200mm/s。

进一步地，扫描不锈钢工件或铝合金工件表面的焊接轨迹为螺旋线或网格线，螺旋线或网格线中线与线之间的间距为0.05-0.3mm。

进一步地，焊接完成后，采用纳秒红外激光器沿焊接轨迹对焊接面进行激光扫描，去除焊接残渣。

更进一步地，所述纳秒红外激光器在去除焊接残渣时输出激光的平均功率为30-70W、扫描频率为70-1000kHz、扫描速度为500-2000mm/s。

本发明激光焊接方法可以有效抑制不锈钢与铝合金接头处金属间化合物的产生，连接可靠性高，同时效率高，解决了现有焊接强度不高的难题，可以全面取代胶水粘接或者机械铆接，在电子产品的内构件的连接中，应用范围非常大，提升整个电子产品内构件的生产水平。

附图说明

图1为本发明焊接轨迹为螺旋线的的示意图。

图2为本发明焊接轨迹为网格线的的示意图。

图3为本发明焊接完成后产品剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本发明不锈钢与铝合金的激光焊接方法的过程为：分别对待焊接的板状的不锈钢工件和铝合金工件进行处理使其表面无任何杂质且干燥，将处理过的不锈钢工件和铝合金工件紧密贴合叠放在一起，采用纳秒红外激光器输出激光并沿焊接轨迹扫描不锈钢工件或铝合金工件表面对其进行焊接，焊接时纳秒红外激光器输出的激光垂直于被扫描的不锈钢工件或铝合金工件表面。

本实施例适合较薄的焊接材料，故对纳秒红外激光器输出激光扫描的不锈钢工件或铝合金工件的厚度限定为0.05-0.5mm，即限定焊接的一面材料的厚度，对非焊接的一面材料厚度不做要求。本实施例采用的不锈钢工件(sus304)的厚度为0.2mm，铝合金工件(牌号6061)的厚度为0.3mm，两者的长度与宽度均为50mm及30mm。不锈钢工件与铝合金工件的厚度均在限定范围内，故焊接时可以扫描其中任意一种材料。本实施例进行焊接时采用的纳秒红外激光器输出激光的平均功率为50-100W、波长为1059-1065nm、单脉冲能量为0.1-1.5mJ、脉冲宽度为10-500ns、扫描频率为25-500kHz、扫描速度为10-200mm/s。焊接采用的运动机构为扫描振镜，纳秒红外激光器输出的激光经过聚焦透镜后作用在材料表面。

焊接的具体步骤如下：

1、焊接前用较细砂纸将不锈钢工件表面的污染物打磨去掉，然后在清洗液中超声清洗10-20分钟，去除表面的油污杂质，保持材料表面的干净且无任何杂质，最后取出干燥。再将铝合金工件放置于清洗液中进行超声清洗10-20分钟，去除铝合金工件表面杂质，最后取出干燥。其中采用的清洗液可以是酒精或去离子水，本实施例优选为酒精溶液。

2、不锈钢工件与铝合金工件材料处理完成后，采用工装夹具将不锈钢工件与铝合金工件夹紧使其紧密贴合，减小两者之间的间隙，避免两层材料之间间隙过大，导致焊接后产生虚焊。

3、采用纳秒红外激光器作为光源进行焊接，具体方法为：纳秒红外激光器输出的激光沿一定焊接轨迹扫描不锈钢工件表面(也可以扫描铝合金表面)，扫描过程中，在高频率激光束的持续作用下，不锈钢工件以及与不锈钢工件贴合的铝合金工件的表面达到熔化状态，此时熔化状态的上层不锈钢材料会嵌入下层铝合金材料内部，同时，下层的铝合金材料部分上移，嵌入上层不锈钢材料内部，两者形成“铆接”结构，焊接完成。通过优化纳秒红外激光器输出激光的工艺参数能够得到最佳的强度。本发明纳秒红外激光器输出激光的优选参数为功率为70W、频率为200kHz、速度为100mm/s。

上述激光扫描的焊接轨迹一般为螺旋线或网格线，如图1、图2所示，螺旋线或网格线中线与线之间的间距L为0.05-0.3mm，优选为0.1mm。扫描焊接的范围可以根据产品需要进行调整，可以是圆形或方形或其他形状。

4、焊接完成后，对焊点表面进行修饰，可以得到较好的焊点外观，操作过程为：采用较小功率的纳秒红外激光器沿焊接轨迹对焊接面进行激光扫描，去除焊接残渣，使焊点表面外观更加平整。纳秒红外激光器在去除焊接残渣时输出激光的平均功率为30-70W、扫描频率为70-1000kHz、扫描速度为500-2000mm/s。优选平均功率为70W、频率为500kHz、扫描速度为2000mm/s。

5、经试验测试：焊接完成后，测试一个焊点的剪切力，不锈钢与铝合金搭接接头的拉伸剪切力为105.2N(3个焊点，点间距1mm)，对焊点切面的分析，将焊点切割，打磨抛光，化学腐蚀，得到焊接切面图，如图3所示，发现上层的不锈钢1嵌入下层的铝合金2，下层的铝合金2嵌入上层不锈钢1，形成“铆接”式的焊点3，增加了焊接强度，能够满足绝大部分电子器件内构件中对不锈钢与铝合金连接接头的质量要求。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。