專利名稱：一種避免夾渣的提高鋁合金激光吸光率的激光焊接方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金的激光焊接方法，屬于激光焊接技術領域。
背景技術：
激光焊是在最近幾十年發(fā)展起來的新型焊接技術，具有熱輸入少，能量密度集中、熱影響區(qū)變形小，可獲得較大熔深等優(yōu)點，特別是和機器人相結合，可充分發(fā)揮出焊接效率高等優(yōu)點，目前激光焊接在工業(yè)生產(chǎn)中有著越來越多的應用。然而，在鋁合金的激光焊接的過程中，也存在著很多的缺點和問題。最嚴重的問題就是由于鋁及鋁合金對激光的初始反射率高，在激光焊接時導致焊接過程不穩(wěn)定，由于高的反射率使的大部分能量都被反射掉而不能被鋁基體吸收。典型的鋁合金對波長為10. 6 μ m的CO2激光反射率高達97%以上，同時由于鋁合金自身高的導熱性能(大多數(shù)鋁合金的導熱系數(shù)越為普通碳鋼的3倍)，這種 情況造成激光焊接困難，很多時候不能熔化成型，典型的CO2激光束當功率為3Kw時掃描光潔的鋁合金表面，甚至不能形成熔池，而且被反射的激光仍有很高的功率，如果控制不好反射方向將損害設置甚至威脅操作人員的人身安全。所以鋁合金對激光的高反射率以及高的熱導率、在很大程度上限制了鋁合金激光焊接的廣泛應用。為了改善激光鋁合金激光焊接過程中高反射率的難點，國內外有的學者針對這一問題已做了大量的實驗研究。研究表明，對鋁合金進行適當?shù)谋砻骖A處理如砂紙打磨、表面化學浸蝕、石墨涂層、空氣爐中氧化等可以減少鋁合金對光束的反射，從而都可以改善對光束能量的吸收。但是以氧化層促進激光能量吸收的方法雖然可以解決激光吸收率的問題，但是又帶來了另外一個鋁合金焊接過程中力圖極力避免的問題，即氧化物的夾渣問題。鋁合金的氧化膜具有很高的熔點(Al2O3熔點約為2050°C，MgO熔點約為2500°C )，且氧化物膜密度與鋁的密度接近。這意味著在焊接鋁合金的過程中，加上鋁的冷卻速度快，很容易造成夾渣，形成焊接缺陷。這兩個問題相互矛盾影響著激光焊接在鋁合金領域的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對以上相互矛盾的兩個問題，提供一種避免夾渣的且提高鋁合金激光吸光率的激光焊接方法，該方法既能提高激光吸收率又能避免夾渣。本發(fā)明采取的技術方案為一種避免夾渣提高鋁合金激光吸光率的激光焊接方法，包括步驟如下(I)對鋁合金要焊接的部分進行清潔，除去油脂及氧化膜；(2)對要焊接的部位進行陽極氧化，獲得厚度O. 2-3 μ m的多孔薄膜；(3)在陽極氧化的環(huán)境下，施加反向電壓處理1-3分鐘，獲得多孔膜與基體部分分離的效果；(4)對氧化膜進行深色染色處理；(5)染色后進行干燥處理；(6)在要焊接的部分涂覆去除氧化膜的涂液；
(7)激光焊接。上述步驟(I)中去除氧化膜可以采用堿液清洗及機械除非等。步驟(2)中所述的陽極氧化采用磷酸氧化工藝，150_300g/L的磷酸中，25±3°C，電流密度I. 1-1. 6A/dm2，氧化時間1-10分鐘。步驟(4)所述的染色處理優(yōu)選黑色染色，可以采用的染料包括苯胺黑、酸性黑(ATT)、醋酸藍黑等，典型的濃度在5-20g/L，溫度根據(jù)選取的染料不同，在室溫至70°C之間，時間2-15分鐘。步驟(5)所述的采用吹風機吹干。步驟(6)所述的涂液是氯化物、氟化物與溶劑的混合物，其優(yōu)選的質量份比組成為30-60份KCl，20-40份NaCl，10-20份LiCl3,10-12份NaF，用適量丙酮調配成稀糊狀。(這些氯化物不溶于丙酮，丙酮的作用類似于水，但是可以快速干燥，每100克氯氟化物用200·毫升-500毫升丙酮調配。)步驟(7)所述的激光焊接采用常規(guī)工藝，對于板厚2_5mm的試板，可以選擇CO2器激光器焊接或固體激光器焊接。選擇CO2氣體激光器，功率范圍在2KW-4KW，掃描速度100mm-300mm每分鐘；使用固體激光器時，功率600w-2000W，掃描速度100mm-300mm每分鐘。將已經(jīng)被陽極氧化處理的試樣反向加電壓1-3分鐘，其目的是降低已經(jīng)形成的氧化膜與基體的結合強度(長時間施加反向電壓可獲得膜剝離的效果)，為避免下一步的焊接夾雜做準備；由于得到的氧化膜由于很薄，顏色很淺，進一步做染色處理；激光焊接前在焊接部分涂覆去除氧化膜的溶劑，在焊接過程中可有效避免氧化膜進入熔池形成夾渣。本發(fā)明首先清除掉原來鋁合金表面致密的氧化膜，然后用陽極氧化法形成幾個微米厚的多孔膜，并進行染色處理來提高對激光吸收，在用激光焊接的時候配合合適的溶劑達到去除氧化膜獲得良好焊接接頭的效果。本發(fā)明采用的是磷酸陽極氧化獲得多孔膜，與自然形成的致密氧化膜有本質的不同，首先多孔膜中的多孔的存在可極大改變光的漫散射，提高對激光的吸收效率，另外對于染色處理時能被短時間內有效染色也是有利的，即獲得薄層深色膜的效果；另外在進行反向極化后，極大地降低了陽極氧化膜與基體的結合強度，便于在溶劑的作用下和熔池剝離，避免進入熔池形成夾渣。


圖I為本發(fā)明實施例I所得焊接產(chǎn)品焊接處的形貌；圖2為對比例I產(chǎn)品焊接處形貌，從右到左功率分別為3KW，3. 5KW以及4KW ；圖3為對比例2產(chǎn)品焊接處形貌(功率為3. 5KW時的截面)。
具體實施例方式下面結合實施例進一步說明本發(fā)明。實施例I :選用5083鋁板作為被焊材料。(I)用角磨機或金屬刷去除表面氧化膜后再用丙酮進行清洗；(2)在磷酸溶液中進行陽極氧化，250g/L磷酸，25°C，電流密度I. 2A/dm2，氧化時間5分鐘；(3)將步驟⑵的電壓進行反接3分鐘；(4)對試樣表面的氧化膜用苯胺黑進行染色處理，濃度為10g/L，室溫，染色時間為5分鐘；( 5 )用吹風機干燥處理；(6)在被焊接出涂覆去除氧化膜的溶劑，溶劑的重量配比為50%KCl，28%NaCl，12%LiCl3，10%NaF。用丙酮涂覆于被焊接處；(7)然后用CO2氣體激光器進行焊接，功率范圍在2. 5KW，掃描速度200mm每分鐘。圖I是光斑直徑3mm，功率為2. 5Kw時候的利用本方法獲得的熔深，熔深大約為2毫米。而對于光潔的鋁合金，如果不采用任何處理時，激光掃過的表面甚至看不到燒灼的痕 跡，無熔深產(chǎn)生。實施例2 選用5083鋁板作為被焊材料。(I)用角磨機或金屬刷去除表面氧化膜后再用丙酮進行清洗；(2)在磷酸溶液中進行陽極氧化，280g/L磷酸，25°C，電流密度I. 5A/dm2，氧化時間4分鐘；(3)將步驟⑵的電壓進行反接2分鐘；(4)對試樣表面的氧化膜用苯胺黑進行染色處理，濃度為15g/L，室溫，染色時間為4分鐘；( 5 )用吹風機干燥處理；(6)在被焊接出涂覆去除氧化膜的溶劑，溶劑的重量配比為52%KCl，26%NaCl，ll%LiCl3，ll%NaF。用丙酮涂覆于被焊接處；(7)然后用CO2氣體激光器進行焊接，功率范圍在3. 5KW，掃描速度300mm每分鐘。實施例3 選用5083鋁板作為被焊材料。(I)用角磨機或金屬刷去除表面氧化膜后再用丙酮進行清洗；(2)在磷酸溶液中進行陽極氧化，290g/L磷酸，25°C，電流密度I. 6A/dm2，氧化時間4分鐘；(3)將步驟⑵的電壓進行反接3分鐘；(4)對氧化膜用酸性黑進行染色處理，濃度為17g/L，室溫，染色時間為4分鐘；
(5 )用吹風機干燥處理；(6)在被焊接出涂覆去除氧化膜的溶劑，溶劑的重量配比為45%KCl，30%NaCl，15%LiCl3，10%NaF。用丙酮涂覆于被焊接處；(7)然后用固體激光器進行焊接，激光功率為lKw，掃描速度250mm每分鐘。對比例I :作為一個對比，圖2是同樣的鋁板不經(jīng)處理采用CO2氣體激光器焊接熔深的情況，從右到左的功率分別為3KW，3. 5KW以及4KW，光斑直徑3臟，掃描速度為200mm每分鐘。當表面打磨至光亮時,基本沒有熔池形成,僅能看到輕微的燒灼痕跡。對比例2 :同樣的鋁板采用空氣爐氧化后，用CO2氣體激光器焊接，吸光率得到了改善，但是依然不理想，3KW僅能看到燒灼痕跡，3. 5KW獲得斷續(xù)焊縫，當功率達到4KW時才可以獲得合適的熔深焊道，但是氣孔及夾雜嚴重 ，見圖3。
權利要求
1.一種避免夾渣的提高鋁合金激光吸光率的激光焊接方法，其特征是，包括步驟如下 (1)對鋁合金要焊接的部分進行清潔，除去油脂及氧化膜； (2)對要焊接的部位進行陽極氧化，獲得厚度O.2-3 μ m的多孔薄膜； (3)在陽極氧化的環(huán)境下，施加反向電壓處理1-3分鐘，降低多孔膜與基體的結合力； (4)對氧化膜進行深色染色處理； (5)染色后進行干燥處理； (6)在要焊接的部分涂覆去除氧化膜的涂液； (7)激光焊接。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種避免夾渣的提高鋁合金激光吸光率的激光焊接方法，其特征是，步驟(2)中所述的陽極氧化采用磷酸氧化工藝，在150-300g/L的磷酸中，25±3°C，電流密度I. 1-1. 6A/dm2，氧化時間1-10分鐘。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種避免夾渣的提高鋁合金激光吸光率的激光焊接方法，其特征是，步驟(4)所述的染色處理為黑色染色處理，采用的染料為苯胺黑、酸性黑或醋酸藍mO
4.根據(jù)權利要求I所述的一種避免夾渣的提高鋁合金激光吸光率的激光焊接方法，其特征是，步驟(6)所述的涂液是氯化物、氟化物與溶劑的混合物，其質量份比組成為30-60份KCl，20-40份NaCl，10-20份LiCl3,10-12份NaF，采用丙酮調制成稀糊狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種避免夾渣的提高鋁合金激光吸光率的激光焊接方法，首先清除掉原來鋁合金表面致密的氧化膜，然后用陽極氧化法形成幾個微米厚的多孔膜，并進行染色處理來提高對激光吸收，焊接前在被焊部位涂覆焊接時可去除氧化膜的溶劑，然后用激光焊接。本發(fā)明采用的是磷酸陽極氧化獲得多孔膜，與自然形成的致密氧化膜有本質的不同，首先多孔膜中的多孔的存在可提高對激光的吸收效率，另外對于染色處理時能被短時間內有效染色也是有利的，即獲得薄層深色膜的效果；另外在進行反向極化后，極大地降低了陽極氧化膜與基體的結合強度，焊接時在氧化膜去除溶劑的作用下，便于和熔池剝離，避免進入熔池形成夾渣。
文檔編號B23K26/20GK102896431SQ20121039594
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權日2012年10月17日
發(fā)明者張忠文, 李新梅, 杜寶帥 申請人:山東電力集團公司電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司