一种5083铝合金激光焊接工艺方法与流程

本发明属于焊接技术领域，涉及一种5083铝合金激光焊接工艺方法。

背景技术：

5083铝合金是典型的铝镁系合金，属于中等强度、不可热处理强化的铝合金。该铝合金具有优良的耐蚀性，良好的加工性和低温性能，广泛用于船舶、舰艇、汽车和飞机板焊接件等工业领域。

当前5083铝合金主要采用钨极惰性气体保护焊/熔化极惰性气体保护焊(tig/mig)进行焊接，虽然能够实现有效连接，但是由于焊接过程热输入量较大，容易发生翘曲、变形和接头软化等问题，焊后必须返修，造成生产率低。与传统的电弧焊接相比，激光焊接具有能量密度高、焊接效率高、热输入量小和可达性好等优点，是一种优质高效的焊接方法。激光焊接又可分为连续激光焊接、脉冲激光焊接。

但是，由于铝合金的高反射性，以及合金元素的强烈蒸发，引起深熔小孔的波动，造成激光焊接铝合金过程稳定性差，焊缝存在气孔和裂纹等缺陷，很难获得良好的焊缝。其中最常见的问题是气孔,气孔会严重破坏焊缝金属的致密性、削弱焊缝的有效截面积，极大地降低焊缝的力学性能和耐腐蚀性能。

激光先进制造技术湖北省重点实验室余世文等人利用连续激光进行了6mm厚5183铝合金激光摆动焊接工艺试验，通过改变摆动路径、摆动振幅、摆动频率解决了5183铝合金激光焊接气孔问题。

中国专利cn107442935a公开了一种铝合金激光摆动焊接工艺方法，此方法将连续激光作为热源，采用激光摆动的方式实现铝合金的焊接。

以上研究中均采用连续激光作为热源，采用连续激光易出现热输入大的情况。基于脉冲激光的5083铝合金摆动焊接技术，具有两方面优势。一方面通过脉冲激光摆动焊接既能避免tig/mig等传统加工铝合金方法生产率低、热影响区大的情况，一方面又能克服采用连续激光加工铝合金热输入大、成形质量差的不足。通过脉冲激光参数与摆动参数之间的耦合达到热输入小、成形良好、近无缺陷的5083铝合金焊接。为铝合金的焊接提供更加有效地方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种5083铝合金激光焊接工艺方法，该工艺方法采用脉冲激光作为热源，通过预热基板将5083铝合金工件)预热后，采用激光沿一定路径摆动的方式，实现5083铝合金的焊接，本发明能够实现稳定、热影响区小和近无缺陷的5083铝合金焊接。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种5083铝合金激光焊接工艺方法，该焊接方法基于预热基板、温度控制器、激光器、保护气喷嘴实现；将预处理后的5083铝合金工件固定在预热基板上，调节脉冲激光与垂直方向夹角5～10°，并调节保护气喷嘴与垂直方向夹角45～60°，打开温度控制器并调节至一定预热温度。该工艺方法具体步骤如下：

s1：将预热基板与温度控制器连接，再将预处理后的5083铝合金固定在预热基板上；5083铝合金上方设置脉冲激光器和保护气喷嘴，保护气喷嘴用于向5083铝合金的焊缝正面吹惰性气体。

s2：打开温度控制器并且调节预热温度至160～200℃。

s3：加热到预定温度后，设置激光的合成摆动路径，进行焊接：首先，设置脉冲激光参数，包括平均功率、脉冲频率；其次，启动激光器与机床，同时向焊缝正面吹惰性气体进行保护，激光器的脉冲激光沿垂直于5083铝合金焊缝方向以一定频率、振幅摆动，机床按照预定程序带动工件沿焊缝方向以一定速度进给，两种运动的合成运动形成摆动路径，进而完成摆动焊接。

步骤s1所述的预处理为：焊接前采用砂纸打磨以去除5083铝合金对接焊缝两侧20～30mm内的氧化皮，至焊缝处周边露出金属光泽后用丙酮擦拭。

步骤s1所述的脉冲激光与垂直方向夹角5～10°，保护气喷嘴与垂直方向夹角45～60°。

步骤s1所述的5083铝合金板厚度0.8～1.2mm。

焊接时，步骤s3所述的脉冲激光参数：平均功率p为370～410w，脉冲频率f为18～24hz。

焊接时，步骤s3所述的摆动振幅为0.5～2mm，摆动频率为1/6f～1/2f。

焊接时，步骤s3所述的沿焊缝方向的进给速度为15f～20fmm/min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过脉冲激光摆动焊接既能避免tig/mig等传统加工铝合金方法生产率低、热影响区大的情况，又能克服采用连续激光加工铝合金热输入大、成形质量差的不足。并且通过预热工件，可以有效减少温度梯度，从而抑制裂纹的产生。本发明通过脉冲激光参数与摆动参数之间的耦合达到热输入小、成形良好、近无缺陷的5083铝合金焊接。综上所述，本发明对铝合金激光焊接具有重要意义。

附图说明

图1为本发明示意图。

图中：15083铝合金板；2预热基板；3温度控制器；4脉冲激光；5保护气喷嘴；6激光摆动路径。

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本发明的具体实施方式。

一种5083铝合金激光焊接工艺方法，该焊接方法基于下述结构实现，将预处理后的5083铝合金工件1固定在预热基板2上，调整脉冲激光4与垂直方向夹角5°，保护气喷嘴5与垂直方向夹角45°，打开温度控制器3并调至一定温度。

具体步骤如下：

s1：焊接前用600#砂纸打磨以去除5083铝合金对接焊缝周围30mm内的氧化皮，直至焊缝处周边露出金属光泽，而后用丙酮擦拭并吹干。

s2：将表面处理过后的5083铝合金固定在预热基板上。打开温度控制器，调节预热温度至180℃。

s3：调节离焦量为0mm，设定平均功率380w、脉冲频率20hz、工件进给速度为360mm/min。

s4：设定摆动振幅0.5mm、摆动频率6hz。

s5：调节保护气体流量为20l/min，最后进行摆动焊接。

以上所述过程仅为本发明较佳的具体实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种5083铝合金激光焊接工艺方法，属于焊接技术领域，该方法将脉冲激光作为热源，采用激光沿焊缝两侧对称摆动的方式，实现5083铝合金的焊接。步骤包括：首先，焊接前，去除5083铝合金焊缝两侧的氧化膜。其次，5083铝合金上方设置脉冲激光器和保护气喷嘴，保护气喷嘴用于向焊缝正面吹惰性气体，并采用预热装置对5083铝合金进行预热。最后，加热到预定温度后，通过调节激光平均功率、脉冲频率、摆动振幅、摆动频率实现5083铝合金接焊。本发明的5083铝合金激光焊接工艺方法既能改善传统加工铝合金方法生产率低、热影响区大的情况，又能克服采用连续激光加工铝合金热输入大、成形质量差的不足。并能有效改善气孔、裂纹等缺陷问题。

技术研发人员：马广义;唐博凯;刘德华;刘俊;吴东江
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2019.01.13
技术公布日：2019.05.17