[發明專利]一種鎂合金Nd:YAG脈沖激光點焊方法

在審

• 申請號: 202210017144.2
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114211116A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 張效賓;卞樹旺;丁瀟男;趙鵬飛;魯海龍;孫文剛
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: B23K26/22
• 分類號: B23K26/22;B23K26/0622;B23K26/60;B23K26/14;B23K103/08
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發明公開了一種鎂合金Nd:YAG脈沖激光點焊方法，其特點是，采用尖峰陡降遞進緩冷式脈沖波形抑制激光焊點氣孔和凝固裂紋生成，包括尖峰階段、矩形主波段、陡降波段和緩降波段；所述尖峰波段的峰值功率變化區間為2×p→p，脈沖時間為0～1ms；所述矩形主波段的峰值功率為p，脈沖時間為1ms～4ms；所述陡降波段的峰值功率變化區間為p→n，0.1p≤n≤0.5p，脈沖時間為t，1ms≤t≤5ms；所述緩降波段的峰值功率變化區間為n→0，脈沖時間為t。本發明方法可有效抑制激光點焊缺陷生成，提高激光點焊吸收率，改善激光焊點質量。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，涉及一種鎂合金Nd:YAG脈沖激光點焊方法。

背景技術

現有技術中，鎂合金在汽車產業中的應用主要為壓鑄件。近年來，本領域技術人員嘗試利用變形鎂合金制造汽車白車身，這就不可避免地遇到一個問題，即：變形鎂合金的焊接適應性。在汽車生產制造中，應用最多的焊接方法是電阻點焊。由于鎂合金的活性強，在與電阻電極接觸時，易使電極表面發生燒損，產生焊接飛濺，熔核尺寸減小，坑剪力下降。為保證鎂合金電阻焊點質量，必須頻繁整修及更換電極，嚴重降低生產效率，并且焊點質量不穩定。Nd:YAG脈沖激光點焊是一種非接觸式的單面成形點焊方法，其對焊接結構及夾具的空間分布的要求較低，因而是一種理想的汽車白車身的自動化生產點焊技術。由于脈沖激光焊點熔池體積小，矩形脈沖激光束閉合具有瞬時特性，使得激光焊點熔池的冷卻速度極快，易形成焊點氣孔和凝固裂紋等缺陷，制約脈沖激光點焊技術的發展及應用。

為了解決上述存在的問題，如公開號為CN102091871A的中國專利公開了一種金屬材料薄板的激光脈沖點焊方法，其核心辦法是采用緩降脈沖(800～1000ms/0～1000ms)、緩升脈沖(0～200ms/0～1000ms)、鋸齒脈沖(0～200ms/800～1000ms)和緩升-緩降脈沖等脈沖波形抑制焊點缺陷生成，但是并未針對不同熱物理性能的金屬材料開發專屬脈沖波形，因而應用范圍十分有限。在研究論文方面，針對鋁合金和不銹鋼的激光點焊脈沖波形的研發較多，而對鎂合金激光點焊的關注較少。現有文獻中，張效賓(變形鎂合金脈沖激光點焊工藝及機理的研究,吉林大學,2020.)開發了陡降恒定緩冷式脈沖波形抑制鎂合金激光焊點缺陷，結果表明：該脈沖波形對焊點氣孔的抑制效果較好，而對凝固裂紋僅具有一定的抑制效果，并且激光焊點的吸收率較低。

目前國內外尚無抑制鎂合金激光焊點氣孔和凝固裂紋以及提高激光焊點吸收率的聯控高效的脈沖波形，為此，本發明設計了一種鎂合金Nd:YAG脈沖激光點焊方法，開發適用于鎂合金熱物理特性的激光點焊的專屬脈沖波形，抑制激光焊點凝固裂紋的生成并提高激光焊點吸收效率，改善鎂合金脈沖激光焊點成形質量，提高焊點承載能力，為鎂合金的激光點焊技術在汽車生產制造領域的探索性應用提供保障。

發明內容

針對上述的不足，本發明的目的是提供一種科學合理、簡單實用、生產效率高、焊點質量好的鎂合金Nd:YAG脈沖激光點焊方法。

實現本發明目的采用的技術方案是：一種鎂合金Nd:YAG脈沖激光點焊方法，包括：利用砂紙和丙酮溶液打磨并擦拭鎂合金焊接母材表面，去除鎂合金焊接母材表面的氧化層和油脂；采用專屬激光點焊夾具，將鎂合金焊接母材固定在焊接工作臺上；設置脈沖激光束的脈沖波形，其特征是：采用尖峰陡降遞進緩冷式脈沖波形進行激光點焊，所述尖峰陡降遞進緩冷式脈沖波形包括尖峰階段、矩形主波段、陡降波段和緩降波段；所述尖峰波段的峰值功率變化區間為2×p→p，脈沖時間為0～1ms；所述矩形主波段的峰值功率為p，脈沖時間為1ms～4ms；所述陡降波段的峰值功率變化區間為p→n，0.1p≤n≤0.5p，脈沖時間為t，1ms≤t≤5ms；所述緩降波段的峰值功率變化區間為n→0，脈沖時間為t。

進一步，所述鎂合金焊接母材成分為鎂-鋁-鋅合金，合金元素含量≤10wt％。

進一步，所述鎂合金焊接母材厚度為0.3mm～3.0mm。