本發(fā)明涉及激光制備功能結(jié)構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫鋁合金板的激光焊按方法。

背景技術(shù)：

泡沫鋁合金是一種結(jié)構(gòu)與功能一體化的新型材料，其以鋁或鋁合金為基體，通過在基體中摻加添加劑后經(jīng)過發(fā)泡工藝而成。其內(nèi)部含有大量氣孔，孔隙率為40％～90％左右，同時(shí)兼有金屬和氣泡特征。泡沫鋁合金有很多優(yōu)異的性能，比如密度小、高吸收沖擊能強(qiáng)、耐高溫、防火功用強(qiáng)、抗腐蝕、隔音降噪、導(dǎo)熱率低、電磁屏蔽性高、耐候性強(qiáng)、有過濾功能、易加工、易裝置、成型精度高、可進(jìn)行外表涂裝，具有優(yōu)秀的物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能以及可回收性。泡沫鋁合金的這些優(yōu)異性能使其在當(dāng)今的材料領(lǐng)域具有寬廣的使用前景，是非常具有開發(fā)前景的工程材料，特別是在交通運(yùn)輸工業(yè)，航天事業(yè)和建筑構(gòu)造工業(yè)等方面，可以用作輕質(zhì)裝潢建筑材料、阻燃材料、輕化工催化劑、熱交換器，起到隔音消聲、電磁屏蔽、減震抗沖擊等作用，是一種應(yīng)用面較廣的結(jié)構(gòu)-功能一體化材料。

泡沫鋁合金很容易進(jìn)行機(jī)械加工，能被電鋸切割成不同的規(guī)格和尺寸，能較為容易地對(duì)泡沫鋁合金進(jìn)行鉆孔和鉚接，也能對(duì)泡沫鋁合金進(jìn)行彎曲和壓花，還能用黏接劑將泡沫鋁合金進(jìn)行粘接。但在要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)合，為了保證材料性能的一致性，需要進(jìn)行焊接，由于泡沫鋁合金獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性，使得它的焊接具有較大難度，也較難焊接成型。

針對(duì)泡沫鋁合金焊接成型度差的問題，加快了對(duì)泡沫鋁合金焊接方法的研究，現(xiàn)有專利如：泡沫鋁夾芯復(fù)合板的焊接方法(申請(qǐng)?zhí)枺?00810018812.3)、采用可發(fā)泡釬料焊接泡沫鋁及鋁合金的方法(申請(qǐng)?zhí)枺?00810124682.1)、一種泡沫鋁刮擦振動(dòng)焊接方法(申請(qǐng)?zhí)枺?00810209758.0)、一種泡沫鋁材料的瞬間液相擴(kuò)散焊接方法(申請(qǐng)?zhí)枺?01010298238.9)、一種泡沫鋁綠色包裝材料的激光焊接方法及其應(yīng)用(申請(qǐng)?zhí)枺?01210149957.3)等，以上專利提供的泡沫鋁的焊接方法，一方面受限于泡沫鋁合金的尺寸大小，另一方面也不能保證焊縫接頭處的性能同泡沫鋁合金一致。

因此，針對(duì)上述技術(shù)限制，同時(shí)充分發(fā)揮泡沫鋁合金的優(yōu)異性能，有必要提出一種更為簡(jiǎn)單、可控的泡沫鋁合金板的激光焊按方法，以實(shí)現(xiàn)泡沫鋁合金的良好焊接，擴(kuò)大泡沫鋁合金板的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的提供一種泡沫鋁合金板的激光焊按方法，采用激光直接熔化焊接，摒棄了傳統(tǒng)利用在真空中進(jìn)行釬焊的方法，突破了對(duì)焊接尺寸和設(shè)備規(guī)格的限制。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種泡沫鋁合金板的激光焊按方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)所需制備的泡沫鋁合金板的尺寸，建立幾何模型、設(shè)定加工軌跡并制作相應(yīng)的夾具；

S2、對(duì)泡沫鋁合金塊體進(jìn)行表面處理；

S3、設(shè)定激光器激光加工參數(shù)；

S4、激光器按照S1設(shè)定的加工軌跡對(duì)兩塊泡沫鋁合金塊體表面對(duì)接處進(jìn)行熔化焊接加工；

S5、將步驟S4所得的泡沫鋁合金板翻轉(zhuǎn)180°，重復(fù)步驟S4，直至完成兩塊泡沫鋁合金塊表面對(duì)接處的焊接接合，制得所需泡沫鋁合金板；

S6、對(duì)步驟S5所得的泡沫鋁合金板拆除夾具進(jìn)行清潔、干燥處理并儲(chǔ)存。

優(yōu)選的，所述步驟S1具體包括，根據(jù)泡沫鋁合金板的尺寸數(shù)據(jù)，建立幾何模型，設(shè)定加工軌跡，采用夾具對(duì)相鄰的兩塊泡沫鋁合金塊體進(jìn)行夾持定位，并用建筑玻璃覆蓋焊接處的焊縫；所述尺寸數(shù)據(jù)包括：泡沫鋁合金塊體的孔徑大小、面積大小，加工軌跡即為掃描軌跡。

優(yōu)選的，所述泡沫鋁合金塊體的孔徑為0μm≤D≤5000μm，其中D為泡沫鋁合金塊體泡沫孔的平均直徑。

優(yōu)選的，所述步驟S2中的泡沫鋁合金塊體為泡沫鋁-硅合金塊體、泡沫鋁塊體、泡沫鋁-錳合金塊體、泡沫鋁-鋅合金塊體、泡沫鋁-銅合金塊體、泡沫鋁-鎂合金塊體的其中一種；所述表面處理步驟為利用氫氧化鈉溶液作為清潔劑對(duì)泡沫鋁合金塊體進(jìn)行表面清洗，然后使用鋼絲刷對(duì)表面焊接區(qū)域進(jìn)行清理，經(jīng)過無水酒精清洗，并使用冷風(fēng)吹干。

優(yōu)選的，所述步驟S3中的激光器采用波長(zhǎng)范圍為800～1070nm的固體激光器。

優(yōu)選的，所述步驟S3中的激光加工參數(shù)為：

激光光斑直徑500μm≤d≤5000μm，激光能量2000W≤P≤6000W，掃描速度20mm·s^-1≤V≤66mm·s^-1。

優(yōu)選的，所述激光光斑直徑d、激光能量P符合關(guān)系式：

其中P_density為激光能量系數(shù)，P_density≥240W·mm^-2。

優(yōu)選的，所述步驟S4中，對(duì)兩塊泡沫鋁合金塊體表面對(duì)接處使用焊接添加料進(jìn)行激光熔化焊接；所述焊接添加料為鋁-硅混合粉末，其中硅的百分含量為7％≤Si％≤13％，且混合有鎂粉，其百分含量為0％≤Mg≤1％，同時(shí)需要添加TiH₂，其百分含量為0.2％＜TiH₂％≤1％，在使用前進(jìn)行球磨1～2h。

優(yōu)選的，所述步驟S5中，當(dāng)泡沫鋁合金塊體的厚度10mm＜h≤20mm時(shí)，將步驟S4所得的泡沫鋁合金板進(jìn)行翻轉(zhuǎn)180°操作。

優(yōu)選的，所述步驟S6具體包括，將步驟S5所得的泡沫鋁合金板放置在蒸餾水中施加超聲波進(jìn)行震蕩清洗，冷風(fēng)吹干后放置在干燥皿中進(jìn)行儲(chǔ)藏。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種泡沫鋁合金板的激光焊按方法，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，精確控制泡沫鋁合金板的尺寸、規(guī)格，可對(duì)不同厚度、尺寸規(guī)格的泡沫鋁合金塊體進(jìn)行直接激光熔化焊接，具有可控性高，同時(shí)也能保證焊縫接頭處的結(jié)構(gòu)性能同泡沫鋁合金的性能具有一致性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的泡沫鋁合金板的激光焊按方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的泡沫鋁合金板的激光焊按方法的焊接示意圖。

附圖中涉及的附圖標(biāo)記和組成部分說明：

1、激光束；2、建筑玻璃；3、泡沫鋁合金塊體；4焊接添加料。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有的泡沫鋁的焊接方法，一方面受限于泡沫鋁合金的尺寸大小，另一方面也不能保證焊縫接頭處的性能同泡沫鋁合金一致。

因此，針對(duì)上述技術(shù)限制，同時(shí)充分發(fā)揮泡沫鋁合金的優(yōu)異性能，本發(fā)明提供一種更為簡(jiǎn)單、可控的泡沫鋁合金板的激光焊按方法，以實(shí)現(xiàn)泡沫鋁合金的良好焊接，擴(kuò)大泡沫鋁合金板的應(yīng)用范圍。

參見圖1所示，具體括以下步驟：

S1、根據(jù)泡沫鋁合金塊體的尺寸數(shù)據(jù)，建立幾何模型，設(shè)定加工軌跡，采用夾具對(duì)相鄰的兩塊泡沫鋁合金塊體進(jìn)行夾持定位，并用建筑玻璃覆蓋焊接處的焊縫。其中尺寸數(shù)據(jù)包括：泡沫鋁合金塊體的孔徑大小、面積大小，加工軌跡即為掃描軌跡。

本發(fā)明泡沫鋁合金塊體的孔徑為0μm≤D≤5000μm，其中D為泡沫鋁合金塊體泡沫孔的平均直徑。

S2、對(duì)泡沫鋁合金塊體進(jìn)行表面處理。本發(fā)明制備所采用的泡沫鋁合金塊體為泡沫鋁-硅合金塊體、泡沫鋁塊體、泡沫鋁-錳合金塊體、泡沫鋁-鋅合金塊體、泡沫鋁-銅合金塊體、泡沫鋁-鎂合金塊體的其中一種。

表面處理的步驟為，利用氫氧化鈉溶液作為清潔劑對(duì)泡沫鋁合金塊體進(jìn)行表面清洗，然后使用鋼絲刷對(duì)表面焊接區(qū)域進(jìn)行清理，經(jīng)過無水酒精清洗，并使用冷風(fēng)吹干。

S3、設(shè)定激光器激光加工參數(shù)。

本發(fā)明所采用的激光器為波長(zhǎng)范圍為800～1070nm的固體激光器。根據(jù)本方法制備的泡沫鋁合金板的孔徑大小及泡沫鋁合金塊體的自身屬性，設(shè)定激光加工參數(shù)為：

激光光斑直徑500μm≤d≤5000μm，其中激光光斑直徑與泡沫鋁合金板的泡沫孔平均直徑之間的關(guān)系為D＜d，激光能量2000W≤P≤6000W，掃描速度20mm·s^-1≤V≤66mm·s^-1。

激光光斑直徑d、激光能量P符合關(guān)系式：

其中P_density為激光能量系數(shù)，P_density≥240W·mm^-2，d、P的上限由該關(guān)系式限定。

S4、激光器按照S1設(shè)定的加工軌跡對(duì)兩塊泡沫鋁合金塊體表面對(duì)接處進(jìn)行熔化焊接加工。在兩塊泡沫鋁合金塊體表面對(duì)接處使用焊接添加料進(jìn)行激光熔化焊接，焊接添加料為鋁-硅混合粉末，其中硅的百分含量為7％≤Si％≤13％，且混合有鎂粉，其百分含量為0％≤Mg≤1％，同時(shí)需要添加TiH₂，其百分含量為0.2％＜TiH₂％≤1％，在使用前進(jìn)行球磨1～2h。

參見圖2所示，在兩塊泡沫鋁合金塊體3的對(duì)接處設(shè)置焊接添加料4，然后將建筑玻璃2覆蓋在焊接處，激光束1掃描焊縫區(qū)域，實(shí)現(xiàn)兩塊泡沫鋁合金塊體3的焊接。

S5、由于步驟S4中焊接可能造成兩塊泡沫鋁合金塊體的焊縫處焊接不均勻，因此當(dāng)泡沫鋁合金塊體的厚度10mm＜h≤20mm時(shí)，將步驟S4所得的泡沫鋁合金板翻轉(zhuǎn)180°，重復(fù)步驟S4，直至完成兩塊泡沫鋁合金塊表面對(duì)接處的焊接接合，制得所需泡沫鋁合金板。

S6、將步驟S5所得的泡沫鋁合金板放置在蒸餾水中施加超聲波進(jìn)行震蕩清洗，冷風(fēng)吹干后放置在干燥皿中進(jìn)行儲(chǔ)藏。

下面將通過具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一：

S1、根據(jù)泡沫鋁合金板的尺寸數(shù)據(jù)，建立幾何模型，設(shè)定加工軌跡，采用夾具對(duì)相鄰的兩塊泡沫鋁合金塊體進(jìn)行夾持定位，并用建筑玻璃覆蓋焊接處的焊縫。其中尺寸數(shù)據(jù)包括：泡沫鋁合金塊體的孔徑大小、面積大小，加工軌跡即為掃描軌跡。

本實(shí)施例中泡沫鋁合金塊體的孔徑為D＝500μm，其中D為泡沫鋁合金塊體泡沫孔的平均直徑。

S2、對(duì)泡沫鋁合金塊體進(jìn)行表面處理。本實(shí)施例制備所采用的泡沫鋁合金塊體為泡沫鋁-硅合金塊體，泡沫鋁-硅合金塊體的厚度為5mm。

表面處理的步驟為，利用氫氧化鈉溶液作為清潔劑對(duì)泡沫鋁-硅合金塊體進(jìn)行表面清洗，然后使用鋼絲刷對(duì)表面焊接區(qū)域進(jìn)行清理，經(jīng)過無水酒精清洗，并使用冷風(fēng)吹干。

S3、設(shè)定激光器激光加工參數(shù)。

本實(shí)施例所采用的激光器為波長(zhǎng)范圍為808nm的固體激光器。根據(jù)本實(shí)施例制備的泡沫鋁合金板的孔徑大小及泡沫鋁-硅合金塊體的自身屬性，設(shè)定激光加工參數(shù)為：

激光光斑直徑d＝600μm，其中激光光斑直徑與泡沫鋁合金板的泡沫孔平均直徑之間的關(guān)系為D＜d，掃描速度V＝20mm·s^-1。

激光光斑直徑d、激光能量P符合關(guān)系式：

其中P_density為激光能量系數(shù)，P_density＝240W·mm^-2，由該關(guān)系式得出激光能量P＝2000W。

S4、激光器按照S1設(shè)定的加工軌跡對(duì)兩塊泡沫鋁-硅合金塊體表面對(duì)接處進(jìn)行熔化焊接加工。在兩塊泡泡沫鋁-硅合金塊體表面對(duì)接處使用焊接添加料進(jìn)行激光熔化焊接，焊接添加料為鋁-硅混合粉末，其中硅的百分含量為Si％＝7％，且混合有鎂粉，其百分含量為Mg＝0％，同時(shí)需要添加TiH₂，其百分含量為TiH₂％＝0.3％，使用前進(jìn)行球磨1h。

參見圖2所示，在兩塊泡沫鋁合金塊體3的對(duì)接處設(shè)置焊接添加料4，然后將建筑玻璃2覆蓋在焊接處，激光束1掃描焊縫區(qū)域，實(shí)現(xiàn)兩塊泡沫鋁合金塊體3的焊接。

S5、由于步驟S4中焊接可能造成兩塊泡沫鋁-硅合金塊體的焊縫處焊接不均勻，因此當(dāng)泡沫鋁-硅合金塊體的厚度10mm＜h≤20mm時(shí)，由于本實(shí)施例中泡沫鋁-硅合金塊體的厚度小于10mm，因此焊接使不需要翻轉(zhuǎn)180°，直接重復(fù)步驟S4，直至完成兩塊泡沫鋁-硅合金塊體表面對(duì)接處的焊接接合，制得所需泡沫鋁合金板。

S6、將步驟S5所得的泡沫鋁合金板放置在蒸餾水中施加超聲波進(jìn)行震蕩清洗，冷風(fēng)吹干后放置在干燥皿中進(jìn)行儲(chǔ)藏。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處在于,本實(shí)施例所采用的泡沫鋁合金塊體為泡沫鋁-錳合金塊體，其泡沫孔的孔徑為D＝1000μm，采用波長(zhǎng)為900nm的固體激光器，泡沫鋁-錳合金塊體的厚度為9mm，掃描速度V＝30mm·s^-1，激光光斑直徑d＝1200μm，按照關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，得出激光能量P＝3000W。

實(shí)施例三：

本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處在于,本實(shí)施例所采用的泡沫鋁-鋅合金塊體的泡沫孔的孔徑為D＝2000μm，采用波長(zhǎng)為900nm的固體激光器，泡沫鋁-鋅合金塊體的厚度為12mm，掃描速度V＝40mm·s^-1，激光光斑直徑d＝2500μm，按照關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，得出激光能量P＝4000W。

步驟S4中所用的焊接添加料鋁-硅粉末中，硅的百分含量為Si％＝10％，且混合有鎂粉，其百分含量為Mg＝0.6％，同時(shí)添加TiH₂，其百分含量為TiH₂％＝0.8％，使用前進(jìn)行球磨1.5h。

焊接時(shí)，泡沫鋁-鋅合金塊體的厚度在10～20mm間，因此在完成步驟S4后，需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)180°，采用同一激光加工參數(shù)，進(jìn)行再次焊接。

實(shí)施例四：

本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處在于,本實(shí)施例所采用的泡沫鋁-銅合金塊體的泡沫孔的孔徑為D＝4000μm，采用波長(zhǎng)為1070nm的固體激光器，泡沫鋁-銅合金塊體的厚度為18mm，掃描速度V＝55mm·s^-1，激光光斑直徑d＝5000μm，按照關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，得出激光能量P＝5500W。

步驟S4中所用的焊接添加料鋁-硅粉末中，硅的百分含量為Si％＝13％，且混合有鎂粉，其百分含量為Mg＝1％，同時(shí)添加TiH₂，其百分含量為TiH₂％＝1％，使用前進(jìn)行球磨2h。

焊接時(shí)，泡沫鋁-銅合金塊體的厚度在10～20mm間，因此在完成步驟S4后，需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)180°，采用同一激光加工參數(shù)，進(jìn)行再次焊接。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種泡沫鋁合金板的激光焊按方法，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，精確控制泡沫鋁合金板的尺寸、規(guī)格，可對(duì)不同厚度、尺寸規(guī)格的泡沫鋁合金塊體進(jìn)行直接激光熔化焊接，具有可控性高，同時(shí)也能保證焊縫接頭處的結(jié)構(gòu)性能同泡沫鋁合金的性能具有一致性。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。