本發(fā)明屬于激光焊接領(lǐng)域，特別涉及一種異種金屬焊接方法、焊接系統(tǒng)及銅基材。

背景技術(shù)：

1、銅制部件因其卓越的導電和導熱性能，在電動汽車、電子工程和太陽能領(lǐng)域得到了廣泛應用。然而，隨著現(xiàn)代制造業(yè)對銅資源的需求日益增長，我國銅資源的匱乏已成為制約工業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，尋找銅的替代材料成為了一個緊迫的課題。鋁及其合金因其輕質(zhì)、成本效益高、良好的導電導熱性能以及優(yōu)異的耐腐蝕性而成為研究的焦點。盡管鋁的導電率僅為銅的61%，但其重量僅為銅的30%，這一優(yōu)勢使得鋁成為替代銅的潛在候選材料。因此，鋁銅異種金屬之間的可靠連接技術(shù)成為了鋁銅復合結(jié)構(gòu)研究中的關(guān)鍵。

2、在鋁銅異種金屬連接技術(shù)的研究中，科學家們探索了多種焊接方法，包括攪拌摩擦焊、超聲波焊接、釬焊和爆炸焊等。然而，這些方法由于受到焊接場地限制、煙塵污染和設備損耗等問題的影響，并未在鋁銅連接中得到廣泛應用。相比之下，激光焊接技術(shù)以其高精度、高自動化程度和環(huán)保特性，在鋁銅異種金屬焊接制造過程中逐漸受到青睞。然而激光焊接冷卻速度高，焊縫組織極易形成粗大的柱狀晶，影響焊縫的力學性能。因此，如何克服這些挑戰(zhàn)，提高鋁銅異種金屬焊接接頭的性能，仍然是當前研究的重要方向。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本申請實施例提供一種異種金屬焊接方法、焊接系統(tǒng)及銅基材，能夠降低焊縫組織的柱狀晶的大小，從而提升焊縫的力學性能。

2、在第一方面，本申請實施例提供一種異種金屬焊接方法，異種金屬焊接方法包括以下步驟：s1：清洗所述銅制部件的待結(jié)合面，并清洗所述鋁制部件的待結(jié)合面；s2：將所述銅制部件的待結(jié)合面與所述鋁制部件的待結(jié)合面抵接，以使得所述銅制部件和所述鋁制部件層疊設置；s3：采用復合激光以及與其同軸設置的紅外脈沖激光照射所述鋁制部件背離所述銅制部件的表面，并沿著熔覆軌跡掃描，以熔化所述鋁制部件，并使得所述鋁制部件熔覆于所述銅制部件的待結(jié)合面。

3、在上述技術(shù)方案中，采用紅外脈沖激光以周期性脈沖形式輸入能量，減緩了熔池的冷卻速度，有利于熔池中氣泡逸出；同時利用紅外脈沖激光誘導產(chǎn)生光致等離子體，等離子體膨脹時形成沖擊波，能夠?qū)θ鄢禺a(chǎn)生高頻沖擊作用，一方面，這種沖擊效應顯著增強熔池中心的氣-液界面處會產(chǎn)生的徑向發(fā)散運動，從而增加熔池中心內(nèi)部的定態(tài)對流，從而促進熔池中氣泡逸出，進而減少氣孔缺陷形成；另一方面，這種沖擊效應利于破碎熔池中的枝晶臂，從而提供形核位點，有助于細化焊縫區(qū)域的晶粒組織，從而改善焊接接頭的強塑性。

4、在一些實施例中，步驟s3中，激光熔覆參數(shù)包括：所述紅外脈沖激光的功率為100w-150w，所述紅外脈沖激光的頻率40hz-100hz，所述紅外脈沖激光的波長為980nm-1180nm，所述復合激光和所述紅外脈沖激光的掃描速度為40mm/s-80mm/s。

5、在一些實施例中，步驟s3中，所述復合激光為紅外連續(xù)激光和藍光激光同軸設置的構(gòu)成的紅外-藍光同軸復合激光。

6、在上述技術(shù)方案中，高反射金屬（如銅、鋁、金）對藍光的吸收率遠超紅外激光，同時藍光激光在金屬熔化時吸收率變化較小，避免了紅外激光因固態(tài)到液態(tài)吸收率突變導致的焊接不穩(wěn)定問題。紅外連續(xù)激光穩(wěn)定了焊接匙孔，從而進一步提高焊接小孔對激光能量的利用率，同時紅外連續(xù)激光的較長波長可減少等離子體對激光能量的屏蔽效應，以降低因紅外脈沖激光誘導產(chǎn)生光致等離子體對激光能量的屏蔽，確保焊縫的穩(wěn)定性。故采用藍光-紅外同軸復合激光作為復合激光，外圈藍光大光斑預熱緩冷，內(nèi)圈紅外小光斑深熔焊接，從而兼顧吸收率與能量密度。

7、在一些實施例中，步驟s3中，激光熔覆參數(shù)包括：所述紅外連續(xù)激光的功率為700w-1200w，所述紅外連續(xù)激光的波長為864nm-1064nm，和/或，所述藍光激光的功率為100w-300w，所述藍光激光的波長為450nm-495nm。

8、在一些實施例中，步驟s3中，在激光熔覆過程中，采用離焦熔覆的方法沿定熔覆軌跡掃描，以熔化所述鋁制部件，并使得所述鋁制部件熔覆于所述銅制部件的待結(jié)合面。

9、在一些實施例中，步驟s3中，在激光熔覆過程中，對所述鋁制部件熔化產(chǎn)生的熔池采用惰性介質(zhì)進行保護。

10、在上述技術(shù)方案中，通過惰性介質(zhì)對熔池進行保護，降低鋁制部件和銅制部件與空氣接觸的風險，從而降低在焊接過程中容易形成氫氣孔和小孔型氣孔的風險。

11、在一些實施例中，步驟s1包括：s11：采用砂紙打磨所述銅制部件的待結(jié)合面，并采用砂紙打磨所述鋁制部件的待結(jié)合面；s12：采用丙酮擦洗所述銅制部件的待結(jié)合面，并采用丙酮擦洗所述鋁制部件的待結(jié)合面；s13：采用超聲清洗的方法清洗所述銅制部件的待結(jié)合面，并采用聲清洗的方法清洗所述鋁制部件的待結(jié)合面。

12、在第二方面，本申請實施例提供一種異種金屬焊接系統(tǒng)，用于將銅制部件與鋁制部件焊接，包括定位機構(gòu)、激光加工頭、復合激光機構(gòu)、第一半透半反合束鏡和第一激光器；定位機構(gòu)用于將層疊設置的所述銅制部件和所述鋁制部件固定；激光加工頭位于所述定位機構(gòu)在層疊方向上的一側(cè)；復合激光機構(gòu)用于提供復合激光；第一半透半反合束鏡位于所述復合激光機構(gòu)和所述激光加工頭之間，所述復合激光穿過所述第一半透半反合束鏡以進入所述激光加工頭；第一激光器用于向所述第一半透半反合束鏡提供紅外脈沖激光，所述紅外脈沖激光經(jīng)過所述第一半透半反合束鏡反射，以與所述復合激光同軸進入所述激光加工頭。

13、在上述技術(shù)方案中，通過第一激光器提供紅外脈沖激光，并采用紅外脈沖激光以周期性脈沖形式輸入能量，減緩了熔池的冷卻速度，有利于熔池中氣泡逸出；同時利用紅外脈沖激光誘導產(chǎn)生光致等離子體，等離子體膨脹時形成沖擊波，能夠?qū)θ鄢禺a(chǎn)生高頻沖擊作用，一方面，這種沖擊效應顯著增強熔池中心的氣-液界面處會產(chǎn)生的徑向發(fā)散運動，從而增加熔池中心內(nèi)部的定態(tài)對流，從而促進熔池中氣泡逸出，進而減少氣孔缺陷形成；另一方面，這種沖擊效應利于破碎熔池中的枝晶臂，從而提供形核位點，有助于細化焊縫區(qū)域的晶粒組織，從而改善焊接接頭的強塑性。

14、在一些實施例中，所述復合激光機構(gòu)包括第二激光器和第二半透半反合束鏡以及第三激光器，第二激光器用于提供藍光激光；第二半透半反合束鏡位于所述第二激光器和所述第一半透半反合束鏡之間，所述藍光激光穿過所述第二半透半反合束鏡和所述第一半透半反合束鏡以進入所述激光加工頭；第三激光器用于向所述第二半透半反合束鏡提供紅外連續(xù)激光，所述紅外連續(xù)激光經(jīng)過所述第二半透半反合束鏡反射，以與所述藍光激光同軸構(gòu)成所述復合激光。

15、在第三方面，本申請實施例提供一種銅基材，所述銅基材表面包括耐磨涂層，所述耐磨涂層采用同軸設置的復合激光和紅外脈沖激光熔覆鋁制部件制成。

技術(shù)特征：

1.一種異種金屬焊接方法，用于將銅制部件與鋁制部件焊接，其特征在于，異種金屬焊接方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異種金屬焊接方法，其特征在于，步驟s3中，激光熔覆參數(shù)包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種異種金屬焊接方法，其特征在于，步驟s3中，所述復合激光為紅外連續(xù)激光和藍光激光同軸設置的構(gòu)成的紅外-藍光同軸復合激光。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種異種金屬焊接方法，其特征在于，步驟s3中，激光熔覆參數(shù)包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異種金屬焊接方法，其特征在于，步驟s3中，在激光熔覆過程中，采用離焦熔覆的方法沿定熔覆軌跡掃描，以熔化所述鋁制部件，并使得所述鋁制部件熔覆于所述制部件的待結(jié)合面。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異種金屬焊接方法，其特征在于，步驟s3中，在激光熔覆過程中，對所述鋁制部件熔化產(chǎn)生的熔池采用惰性介質(zhì)進行保護。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異種金屬焊接方法，其特征在于，步驟s1包括：

8.一種異種金屬焊接系統(tǒng)，用于將銅制部件與鋁制部件焊接，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種異種金屬焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述復合激光機構(gòu)包括：

10.一種銅基材，其特征在于，所述銅基材表面包括耐磨涂層，所述耐磨涂層采用同軸設置的復合激光和紅外脈沖激光熔覆鋁制部件制成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種異種金屬焊接方法、焊接系統(tǒng)及銅基材，屬于激光焊接領(lǐng)域。包括以下步驟：S1：清洗銅制部件的待結(jié)合面，并清洗鋁制部件的待結(jié)合面；S2：將銅制部件的待結(jié)合面與鋁制部件的待結(jié)合面抵接，以使得銅制部件和鋁制部件層疊設置；S3：采用復合激光以及與其同軸設置的紅外脈沖激光照射鋁制部件背離銅制部件的表面，并沿著熔覆軌跡掃描，以熔化鋁制部件;采用紅外脈沖激光以周期性脈沖形式輸入能量，減緩了熔池的冷卻速度，有利于熔池中氣泡逸出與紅外脈沖激光誘導產(chǎn)生光致等離子體，等離子體膨脹時形成沖擊波，對熔池產(chǎn)生高頻沖擊作用，沖擊效應顯著增強熔池中心的氣?液界面處會產(chǎn)生的徑向發(fā)散運動，從而增加熔池中心內(nèi)部的定態(tài)對流。

技術(shù)研發(fā)人員：周嘉樹,龐小通,馮育磊,吳讓大,杜思威,鄧博,周建忠
受保護的技術(shù)使用者：浙江摩克激光智能裝備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28