抑制铝合金焊接热裂纹的方法及焊接装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及铝合金焊接技术领域，尤其涉及抑制铝合金焊接热裂纹的方法及焊接装置。该抑制铝合金焊接热裂纹的方法包括：利用激光焊接热源在接头上部进行焊接形成熔池；在所述熔池的固液两相区域两侧分别附加一束激光束。本发明专利技术通过热膨胀效应将焊接过程中的残余拉应力转变为残余压应力，以保证晶界间的低熔点液态薄膜不发生开裂，从而抑制热裂纹的产生。

【技术实现步骤摘要】
抑制铝合金焊接热裂纹的方法及焊接装置
本专利技术涉及铝合金焊接
，尤其涉及一种抑制铝合金焊接热裂纹的方法及焊接装置。
技术介绍
铝合金具有良好的物理性能和力学性能，其密度小、比强度和比刚度高，在航空航天、汽车以及轨道交通等领域都得到了广泛的应用。但由于其具有较大的热膨胀系数和凝固温度区间，在焊接过程中往往具有较大的热裂纹倾向，从而大幅度降低焊缝性能；尤其是铝合金激光焊接或者激光电弧复合焊接，由于冷却速度较快更易产生热裂纹缺陷。进一步，焊缝的热裂纹敏感性主要受焊接温度场和应力场的共同影响，而在熔池尾部金属的凝固过程中存在一个固/液相共存的脆性温度区间，在此温度区间，金属组织的延性很小，在焊接应力场的影响下，当焊缝及其热影响区金属在脆性温度区间内承受的塑性拉应变大于其延性储备时，就容易产生焊接热裂纹。在焊缝金属结晶过程末期的脆性温度区间，低熔点共晶物被排挤在晶界形成液态薄膜导致金属塑性极低，当冷却的不均匀收缩产生的拉伸变形超过了材料此温度区间的塑性允许值时，即沿晶界液层开裂形成裂纹。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种抑制铝合金焊接热裂纹的方法，以解决产生热裂纹缺陷的问题。本专利技术还提出一种焊接装置。根据本专利技术一方面实施例的一种抑制铝合金焊接热裂纹的方法，包括：利用激光焊接热源在接头上部进行焊接形成熔池；在所述熔池的固液两相区域两侧分别附加一束激光束。根据本专利技术的一个实施例，所述利用激光焊接热源在接头上部进行焊接形成熔池的步骤，进一步包括：利用摄像系统获得激光焊接热源焊接过程中熔池实际尺寸及熔池尾部固液两相区域范围。根据本专利技术的一个实施例，所述在所述熔池的固液两相区域两侧分别附加一束激光束的步骤，进一步包括：分别将一束第一激光束和一束第二激光束作用于所述熔池尾部固液两相区域的两侧，并分别设置所述第一激光束和所述第二激光束在所述熔池尾部固液两相区域两侧的参量(X1，Y1，P1，R1)及参量(X2，Y2，P2，R2)；其中，X1为所述第一激光束与所述激光焊接热源的水平距离，Y1为所述第一激光束距离所述熔池纵向中心线的垂直距离，P1为所述第一激光束的功率，R1为所述第一激光束的光斑尺寸；X2为所述第二激光束与所述激光焊接热源的水平距离，Y2为所述第二激光束距离所述熔池纵向中心线的垂直距离，P2为所述第二激光束的功率，R2为所述第二激光束的光斑尺寸。根据本专利技术的一个实施例，所述第一激光束和所述第二激光束在所述熔池尾部固液两相区域两侧的参量(X1，Y1，P1，R1)及参量(X2，Y2，P2，R2)通过热力耦合数值模拟进行确定，并通过实际焊接试验验证。根据本专利技术的一个实施例，所述第一激光束和所述第二激光束始终在所述熔池尾部固液两相区域的范围外。根据本专利技术的一个实施例，所述第一激光束的光轴与所述第二激光束的光轴之间的连线垂直于所述激光焊接热源的焊接方向。根据本专利技术另一方面实施例的一种执行上述抑制铝合金焊接热裂纹的方法的焊接装置，其包括：激光焊接头，用于为接头上部提供激光焊接热源；焊接控制机构，与所述激光焊接头连接，用于利用激光焊接热源在接头上部进行焊接形成熔池；激光器，与所述焊接控制机构连接，用于在所述熔池的固液两相区域两侧分别附加一束激光束。根据本专利技术的一个实施例，所述激光器包括：一个激光发射模块，与所述焊接控制机构连接，用于发射一束激光束；分光模块，与所述激光发射模块连接，用于将所述一束激光束处理为分别位于所述熔池的固液两相区域两侧的两束所述激光束。根据本专利技术的一个实施例，所述激光器包括：两个激光发射模块，分别与所述焊接控制机构连接，用于同步的向所述熔池的固液两相区域两侧发射两束并列的所述激光束。根据本专利技术的一个实施例，所述激光器为光纤激光器、Nd:YAG固体激光器或半导体激光器。本专利技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本专利技术实施例的一种抑制铝合金焊接热裂纹的方法，利用激光焊接热源在接头上部进行焊接形成熔池；并在所述熔池的固液两相区域两侧分别附加一束激光束。在不熔化母材的前提下，通过热膨胀效应将焊接过程中的残余拉应力转变为残余压应力，以保证晶界间的低熔点液态薄膜不发生开裂，从而抑制热裂纹的产生。该方法通过在凝固脆性温度区间内通过激光束加热调控应力场达到抑制焊接热裂纹的目的，不受接头结构的限制，可广泛应用于对接接头、角接接头等；同时避免了现有技术复杂的工装设计或预置应力装置，大大提高了适应性。本专利技术实施例的一种执行上述抑制铝合金焊接热裂纹的方法的焊接装置，由于能够执行上述的抑制铝合金焊接热裂纹的方法，从而使得该焊接装置具有上述抑制铝合金焊接热裂纹的方法的全部优点，在此不再赘述。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是焊接热裂纹产生的示意图；图2是本专利技术实施例附加两束激光束抑制焊接热裂纹的原理性示意图；图3是本专利技术实施例抑制铝合金焊接热裂纹的方法实施过程示意图。附图标记：1：激光焊接热源；2：熔池；3：固液两相区域；4：热裂纹；5：第一激光束；6：第二激光束；7：焊缝。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术实施例中的具体含义。在本专利技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制铝合金焊接热裂纹的方法，其特征在于，包括：/n利用激光焊接热源在接头上部进行焊接形成熔池；/n在所述熔池的固液两相区域两侧分别附加一束激光束。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制铝合金焊接热裂纹的方法，其特征在于，包括：
利用激光焊接热源在接头上部进行焊接形成熔池；
在所述熔池的固液两相区域两侧分别附加一束激光束。


2.根据权利要求1所述的抑制铝合金焊接热裂纹的方法，其特征在于，所述利用激光焊接热源在接头上部进行焊接形成熔池的步骤，进一步包括：利用摄像系统获得激光焊接热源焊接过程中熔池实际尺寸及熔池尾部固液两相区域范围。


3.根据权利要求2所述的抑制铝合金焊接热裂纹的方法，其特征在于，所述在所述熔池的固液两相区域两侧分别附加一束激光束的步骤，进一步包括：分别将一束第一激光束和一束第二激光束作用于所述熔池尾部固液两相区域的两侧，并分别设置所述第一激光束和所述第二激光束在所述熔池尾部固液两相区域两侧的参量(X1，Y1，P1，R1)及参量(X2，Y2，P2，R2)；
其中，X1为所述第一激光束与所述激光焊接热源的水平距离，Y1为所述第一激光束距离所述熔池纵向中心线的垂直距离，P1为所述第一激光束的功率，R1为所述第一激光束的光斑尺寸；
X2为所述第二激光束与所述激光焊接热源的水平距离，Y2为所述第二激光束距离所述熔池纵向中心线的垂直距离，P2为所述第二激光束的功率，R2为所述第二激光束的光斑尺寸。


4.根据权利要求3所述的抑制铝合金焊接热裂纹的方法，其特征在于，所述第一激光束和所述第二激光束在所述熔池尾部固液两相区域两侧的参量(X1，Y1，P1，R1)及参量(X2，Y2，P2，R2)通过热力耦合数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国龙，韩晓辉，李刚卿，毛镇东，
申请(专利权)人：中车青岛四方机车车辆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37