本發明涉及激光焊接技術領域，具體涉及一種不銹鋼與鋁金屬薄板焊接的異種金屬微焊接方法。

背景技術：

由于鋁合金具有質量輕、密度小、彈性塑性良好，比強度高、耐磨、耐蝕、導電導熱性良好、加工性能優良等優點，廣泛應用于各個行業。在一些電子產品中，鋁合金主要用于制造外殼，內部結構件常用不銹鋼，對于不銹鋼與鋁異種金屬之間的連接，傳統工藝采用電阻焊、攪拌摩擦焊等，但此類方法生產成本高、效率低，生產中急需用新的焊接工藝代替。

鋼鋁異種金屬的可靠連接一直是焊接工藝難點，主要原因是鋼鋁兩者的物理性能差異大，互溶度低，且鋼鋁極易生成鐵鋁脆性金屬間化合物，這些化合物使焊接接頭的力學性能大大降低。例如，鋁鋼異種金屬焊接過程中會生成大量脆性(Fe，Al)金屬間化合物，而焊接熱應力使得焊縫產生微裂紋。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于，提供一種異種金屬微焊接方法，通過精確控制激光熱輸入以及采用新的高速掃描方式，實現不銹鋼與鋁的可靠性連接，減少焊接缺陷，提升力學性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種異種金屬微焊接方法，包括以下步驟：

A1、用夾具將鋁合金板與不銹鋼板壓緊固定；

A2、將納秒級激光器或微秒激光器搭配高速掃描振鏡頭，高速掃描振鏡頭控制激光對鋁合金板與不銹鋼板進行掃描焊接，使鋁合金板與不銹鋼之間形成焊點，焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內。

進一步地，在步驟A1之前，還包括以下步驟：A0、用有機溶劑擦拭不銹鋼板表面，然后將其疊放在鋁合金板上。

進一步地，所述有機溶劑為丙酮或酒精。

進一步地，所述高速掃描振鏡頭采用填充線高速掃描方式：先沿連續的橫線方向掃描，在前一次焊接后熔池金屬未完全凝固時，再沿連續的豎線方向掃描交叉形成焊點；或者先沿連續的豎線方向掃描，在前一次焊接后熔池金屬未完全凝固時，再沿連續的橫線方向掃描交叉形成焊點。

進一步地，橫線之間的間距與豎線之間的間距相同。

進一步地，所述高速掃描振鏡頭采用螺旋線高速掃描方式：先沿直徑較小螺旋線掃描形成第一圓形焊點，在前一次焊接后熔池金屬未完全凝固時，再沿直徑較大的螺旋線掃描形成第二圓形焊點，兩次掃描形成的圓形焊點相互重疊。

進一步地，所述較小螺旋線的直徑為0.5mm，較大螺旋線的直徑為0.7mm，前一次掃描的能量大于后一次掃描的能量。

進一步地，所述螺旋線由內向外螺旋形成。

進一步地，所述高速掃描振鏡頭采用螺旋漸進高速掃描方式：用螺旋的方式繞中心點掃描一圈形成焊點。

進一步地，所述高速掃描振鏡頭采用同心圓高速掃描方式：先沿一個直徑較小的圓掃描，然后依次沿直徑較小的同心圓到直徑較大的同心圓掃描，形成焊點。

與現有技術相比，本發明的一種異種金屬微焊接方法，將納秒級激光器或微秒激光器搭配高速掃描振鏡頭，高速掃描振鏡頭控制激光對鋁合金板與不銹鋼板進行掃描焊接，使鋁合金板與不銹鋼之間形成焊點，焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內。利用納秒級激光器或微秒激光器脈沖寬度極短，能量較低的優勢，同時采用高速掃描方式，以精確控制熱輸入來減小鋁合金板與不銹鋼板之間(Fe，Al)金屬間化合物的生成，避免焊縫產生微裂紋。同時焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內，(Fe，Al)金屬間化合物沿著“齒”根間斷分布，尺寸也變小，裂紋較傳統焊接方式明顯減少，焊接強度明顯提高。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明提供的實施方式一中填充線高速掃描方式的示意圖；

圖2是實施方式一中對焊點進行拉力和剪力測試的數據圖；

圖3是實施方式一中焊點的截面金相圖；

圖4是實施方式二中螺旋線高速掃描方式的示意圖；

圖5是實施方式二中焊點的截面金相圖；

圖6是實施方式三中螺旋漸進高速掃描方式的示意圖；

圖7是實施方式三中焊點的截面金相圖；

圖8是實施方式四中同心圓高速掃描方式的示意圖；

圖9是實施方式四中焊點的截面金相圖。

具體實施方式

現結合附圖，對本發明的較佳實施例作詳細說明。

本發明提供一種異種金屬微焊接方法，包括以下步驟：

A1、用夾具將鋁合金板與不銹鋼板壓緊固定；

A2、將納秒級激光器或微秒激光器搭配高速掃描振鏡頭，高速掃描振鏡頭控制激光對鋁合金板與不銹鋼板進行掃描焊接，使鋁合金板與不銹鋼之間形成焊點，焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內。將納秒級激光器或微秒激光器搭配高速掃描振鏡頭，高速掃描振鏡頭控制激光對鋁合金板與不銹鋼板進行掃描焊接。利用納秒級激光器或微秒激光器脈沖寬度極短，能量較低的優勢，同時采用高速掃描方式，以精確控制熱輸入來減小鋁合金板與不銹鋼板之間(Fe，Al)金屬間化合物的生成，避免焊縫產生微裂紋。另外，焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內，(Fe，Al)金屬間化合物沿著“齒”根間斷分布，尺寸也變小，裂紋較傳統焊接方式明顯減少，焊接強度明顯提高。

納秒激光器采用MOPA結構，最大出光頻率可達1000KHz，FWMH調節范圍10-120nm，最大峰值功率13kW，一個脈沖能量最大達到1mJ，支持CW調制方式。微秒激光器則是通過對連續激光器或脈沖激光器進行調制，是一種把上位機設置的出光間隔改成調制周期(調制頻率的倒數)，把連續出光模式和脈沖模式調制成更短脈沖模式的激光器。對于毫秒級脈沖激光器、連續激光器都可以經過調制的方式調制成微秒級。其頻率在1Hz-1MHz內可調，調制周期1μs-1ns，每個輸出方波波長在1μs-1ns內可調，占空比在0～100％內可調。經數字調制后，外控信號觸發一次，在低電平下會連續輸出多個方波，功率平穩可達到良好的焊接效果。

在步驟A1之前，還包括以下步驟：A0、用丙酮或酒精等有機溶劑擦拭不銹鋼板表面，然后將其疊放在鋁合金板上。這樣能有效避免不銹鋼板表面的灰塵等雜質對焊接的影響，提高焊點的力學性能。

在本發明中，高速掃描振鏡頭主要通過以下幾種實施方式控制激光對鋁合金板與不銹鋼板進行掃描焊接：

實施方式一

如圖1所示，高速掃描振鏡頭采用填充線高速掃描方式：先沿連續的橫線a方向掃描，在前一次焊接后熔池金屬未完全凝固時，再沿連續的豎線b方向掃描交叉形成焊點；或者先沿連續的豎線b方向掃描，在前一次焊接后熔池金屬未完全凝固時，再沿連續的橫線a方向掃描交叉形成焊點。其中，橫線a之間的間距與豎線b之間的間距相同，這樣掃描焊接比較均勻，有利于形成力學能力較好的焊點。

具體地，當焊接厚度為0.15mm的316L不銹鋼和0.6mm的6063鋁合金板時，采用納秒級激光器或微秒激光器進行焊接。先用丙酮或酒精等有機溶劑擦拭不銹鋼板表面，然后將其疊放在鋁合金板上，用夾具把兩塊板壓緊固定。并排焊接五個焊點，軟件上設置焊點間距為1mm。高速掃描振鏡頭采用填充線高速掃描方式，第一次焊接時選用Ni號波形，脈沖模式，掃描焊接移動速度為30mm/s，第二次焊接時采用連續模式波型，掃描焊接移動速度為50mm/s。焊接完成后，對焊點進行拉力和剪力測試，如圖2所示。五個焊點的平均拉力為30N，平均剪力為189N，則單點的平均拉力為6N,平均剪力為62N；而用傳統YAG脈沖激光焊接不銹鋼薄板與鋁合金板的話，單點平均剪力25N。

圖3為焊點的截面金相圖，焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內，其中鋁合金板位于不銹鋼板的下方。相比于傳統YAG脈沖激光焊接后(Fe，Al)金屬間化合物沿著熔合線連續帶狀分布，通過本實施方式的焊接方法焊接后(Fe,Al)金屬間化合物沿著“齒”根間斷分布，尺寸也變小。裂紋較傳統焊接方式明顯減少，焊接強度明顯提高。

實施方式二

如圖4所示，高速掃描振鏡頭采用螺旋線高速掃描方式：先沿直徑較小螺旋線掃描形成第一圓形焊點，在前一次焊接后熔池金屬未完全凝固時，再沿直徑較大螺旋線掃描形成第二圓形焊點，兩次掃描形成的圓形焊點相互重疊。在本實施例中，較小螺旋線的直徑為0.5mm，較大螺旋線的直徑為0.7mm，前一次掃描的能量大于后一次掃描的能量，上述螺旋線由內向外螺旋形成。前一次焊接能量大于后一次的焊接能量，故熱影響大于后一次的，前一次焊接軌跡小于后一次焊接軌跡，最終兩次形成的焊點大小反而是一致的。

具體地，當焊接厚度為0.1mm的316L不銹鋼和0.6mm厚的6063鋁合金板時，采用納秒級激光器或微秒激光器進行焊接。先用丙酮或酒精等有機溶劑擦拭不銹鋼板表面，然后將其疊放在鋁合金板上，用夾具把兩塊板壓緊固定。并排焊接五個焊點，焊點間距設置為1mm。采用螺旋線高速掃描方式，第一次焊接時功率為160W，掃描焊接移動速度為50mm/s，重復頻率50kHz，占空比為30％；第二次焊接時功率為150W，掃描焊接移動速度為30mm/s，重復頻率50kHz，占空比為10％。圖5為焊點的截面金相圖，焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內。相比于傳統YAG脈沖激光焊接后(Fe，Al)金屬間化合物沿著熔合線連續帶狀分布，通過本實施方式的焊接方法焊接后(Fe,Al)金屬間化合物沿著“齒”根間斷分布，尺寸也變小。裂紋較傳統焊接方式明顯減少，焊接強度明顯提高。

實施方式三

如圖6所示，高速掃描振鏡頭采用螺旋漸進高速掃描方式：用螺旋的方式繞中心點掃描一圈形成焊點。由于鋁-鋼異種金屬焊接過程中會在熔合線附近生成大量脆性(Fe，Al)金屬間化合物層，且鋁-鋼熱膨脹系數差別大。在鋁-鋼焊接過程中，熔合線附近產生較大熱應力并作用于脆性金屬間化合物層從而引發熱裂紋。以較大熱輸入直接焊接，焊縫熔深和熔寬都會增加，界面結合面的增大會提高接頭的力學性能，然而由于熔池中金屬原子間的劇烈反應，生成大量脆性化合物，凝固過程中產生較大內應力，更易產生裂紋。采用螺旋漸近的方式可以在一定程度上避免應力的集中，以減少微裂紋的生成。

具體地，當焊接厚度為0.15mm的316L不銹鋼和0.6mm厚的6063鋁合金板，采用納秒級激光器或微秒激光器進行焊接。先用丙酮或酒精等有機溶劑擦拭不銹鋼板表面，然后將其疊放在鋁合金板上，用夾具把兩塊板壓緊固定。采用螺旋漸進高速掃描方式，微秒激光器功率為220W，掃描焊接移動速度為50mm/s，重復頻率50kHz，占空比為30％。焊接效果如圖7所示，焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內。相比于傳統YAG脈沖激光焊接后(Fe，Al)金屬間化合物沿著熔合線連續帶狀分布，通過本實施方式的焊接方法焊接后(Fe,Al)金屬間化合物沿著“齒”根間斷分布，尺寸也變小。裂紋較傳統焊接方式明顯減少，焊接強度明顯提高。

實施方式四

如圖8所示，高速掃描振鏡頭采用同心圓高速掃描方式：先沿一個直徑較小的圓掃描，然后依次沿直徑較小的同心圓到直徑較大的同心圓掃描，形成焊點。在本實施例中，各圓之間的間距相同。

具體地，當焊接厚度為0.1mm的316L不銹鋼和0.6mm厚的6063鋁合金板時，采用經調制后的連續光纖激光器進行焊接。先用丙酮或酒精等有機溶劑擦拭不銹鋼板表面，然后將其疊放在鋁合金板上，用夾具把兩塊板壓緊固定。并排焊接五個焊點，焊點間距設置為1mm。采用納秒級激光器或微秒激光器，以同心圓掃描方式進行焊接，選用脈沖模式波形，掃描焊接移動速度為30mm/s。

如圖9所示，焊點根部呈“齒”狀嵌入到鋁合金板內。相比于傳統YAG脈沖激光焊接后(Fe，Al)金屬間化合物沿著熔合線連續帶狀分布，通過本實施方式的焊接方法焊接后(Fe,Al)金屬間化合物沿著“齒”根間斷分布，尺寸也變小。裂紋較傳統焊接方式明顯減少，焊接強度明顯提高。

應當理解的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，對本領域技術人員來說，可以對上述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而所有這些修改和替換，都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。