阅读说明：本技术 基于激光冲击的搅拌摩擦焊接头强化方法 (Laser shock based friction stir welding joint strengthening method ) 是由 李康妹 何幸哲 胡俊 蔡宇 于 2020-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于激光冲击的搅拌摩擦焊接头强化方法,步骤包括：1)用搅拌摩擦焊技术对金属焊接件进行焊接；2)用角磨机和砂纸去除由于焊接而产生的飞边；3)清洗打磨后的焊缝表面,去除金属颗粒；4)在焊接件焊缝表面上依次铺设吸收层和约束层,将焊接件固定在六轴机器人夹具上,利用激光冲击强化技术冲击焊缝表面,得到强化后的金属焊接件。本发明提供了一种高可控性、高适应性、工序简单、绿色环保的搅拌摩擦焊接头强化方法。(The invention discloses a friction stir welding joint strengthening method based on laser shock, which comprises the following steps: 1) welding a metal welding part by using a friction stir welding technology; 2) removing flash generated by welding by using an angle grinder and sand paper; 3) cleaning the polished surface of the weld joint to remove metal particles; 4) and sequentially laying an absorption layer and a restraint layer on the surface of the weld joint of the welded part, fixing the welded part on a six-axis robot clamp, and impacting the surface of the weld joint by using a laser impact strengthening technology to obtain the strengthened metal welded part. The invention provides a friction stir welding joint strengthening method which is high in controllability and adaptability, simple in process, green and environment-friendly.)

基于激光冲击的搅拌摩擦焊接头强化方法

技术领域

本发明涉及一种基于激光冲击的搅拌摩擦焊接头强化方法，属于焊接技术领域。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所在上个世纪九十年代发明的一种新型焊接工艺，属于固相焊接工艺。与其它焊接方式相比，搅拌摩擦焊利用摩擦热和塑性变形产生的热作为热源，避免了熔焊过程中易出现的热裂纹，具有焊缝质量好，焊缝残余应力小等优点，在航空航天、汽车制造领域得到了较为广泛的应用。然而，搅拌摩擦焊由于引入的热源能量小，只能焊接一些熔点相对较低的材料，最为常见的就是铝合金。此外，搅拌摩擦焊接头处的热影响区发生了软化，使得接头的物理性能相较于母材要明显降低。所以，需要寻找一种工艺提高搅拌摩擦焊接头的物理性能。

目前，激光加工技术被广泛运用于制造领域。激光加工技术主要分为两种，一种是包括激光焊接(Laser Welding,LW)、激光切割(Laser Cutting,LC)、激光表面微织构(Laser Surface Texturing,LST)、激光热成型(Laser Forming,LF)等利用激光热效应的加工技术，一种是包括激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)、激光冲击成形(LaserShock Forming,LSF)、激光冲击表面微织构(Laser Surface Texturing,LST)等利用激光力效应的加工技术。激光冲击强化技术运用了激光的力效应，可以有效避免热效应影响造成的缺陷。该技术具有一个显著的优点：在瞬时巨大的激光冲击压力作用下，材料表面以及亚表面将产生晶粒细化效应，并且将形成较深的残余压应力层，从而增强材料的机械与物理性能。因此，利用激光冲击技术来强化搅拌摩擦焊接头将是一种全新的技术手段。

目前，可以检索到相关的搅拌摩擦焊接头的强化方法，如名称为“一种改善7XXX铝合金搅拌摩擦焊接头质量和力学性能的方法”(专利号：201510139804.4)的发明，强化步骤如下：先将7XXX系列铝合金进行搅拌摩擦焊接，随后用浓度为5％-10％的PAG溶液冷却至室温；然后将铝合金搅拌摩擦焊接头放置在40℃～80℃的环境中2～8640小时；再将铝合金搅拌摩擦焊接头缓慢升温至100～160℃，保温2～36小时，最后再冷却至室温。该方法既可以改善焊接头的质量，又能有效调控焊接头中沉淀强化相的状态，提高了焊接头的力学性能。但该方法不仅耗时长，且采用了化学试剂，对环境存在污染隐患。再如名称为“一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法”(专利号：201610704360.9)的发明，强化步骤如下：在已获得的铝合金搅拌摩擦焊缝表面区域，通过开设槽-孔交替分布结构并向其中添加Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和/或Se+Bi粉末，通过二次搅拌摩擦加工使Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和/或Se+Bi粉末在较低温度、大塑性变形条件下分散分布与焊缝表面及表面以下较浅区域，与在此区域内的金属发生相变过程或部分冶金反应。与原焊缝表面相比，该方法可以使焊接接头的抗腐蚀性能得到较大的提升。但该方法步骤繁多，且在钻孔和开槽时会引入残余应力，容易降低接头其它的物理性能。再如名为“一种提高非热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头强度的方法”(专利号：201810666759.1)的发明，强化步骤如下：根据板厚在被焊板件对接面上分别加工凹台；将带有凹台的板件分别装夹在带水槽的工作台上，使其沿对接线形成一个凹槽；将增强相颗粒填入凹槽中，压实，利用无针搅拌头将槽口封闭；向水槽中注水，利用搅拌摩擦焊具沿对接线进行多道次往复焊接。该方法操作简单，投资少，易于实施，但此方法在焊接薄板时，加工凹槽较为困难。因此，需要发明一种工艺简单，绿色环保，可控性好且适用性广的搅拌摩擦焊接头强化方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有搅拌摩擦焊接头的物理性能较差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种一种基于激光冲击的搅拌摩擦焊接头强化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将待焊接的两块金属焊接件A放置于搅拌摩擦焊接工作台上，根据生产需求，调整焊接参数进行焊接，得到完成焊接的金属焊接件B；

步骤2)：将步骤1)得到的金属焊接件B去除因搅拌摩擦焊而造成的飞边，得到完成打磨的金属焊接件C；

步骤3)：将步骤2)得到的金属焊接件C表面进行清洗，去除打磨过程中产生的金属颗粒；

步骤4)：将步骤3)得到的金属焊接件D焊缝表面铺设一层吸收层，作用是吸收激光能量以产生等离子体，形成冲击波；在吸收层上方铺设一层约束层，以提高激光冲击压力的幅值并延长压力作用时间；

步骤5)：将铺设有吸收层和约束层的金属焊接件D固定，根据生产需要，调整激光冲击的参数，利用激光器输出激光束，激光先经过光学装置改变传输方向并聚焦，之后透过约束层被吸收层吸收，产生等离子体爆炸形成冲击波，对金属焊接件的焊缝进行冲击，得到激光冲击后的金属焊接件E，该金属焊接件的搅拌摩擦焊接头的物理性能得到了强化。

优选地，所述步骤1)中金属焊接件A先用角磨机去除因搅拌摩擦焊而造成的飞边，然后再用砂纸对残余飞边进行进一步打磨。

优选地，所述步骤3)中采用酒精作为洗涤剂，清洗焊接件表面。

优选地，所述步骤4)中的吸收层为黑色聚四氟乙烯胶带或黑漆。

优选地，所述步骤4)中的约束层为水或光学玻璃。

优选地，所述步骤5)中激光器采用高功率调Q型Nd:YAG激光器，激光束能量遵循近平顶分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提出了基于激光冲击的搅拌摩擦焊接头强化方法，是一种全新的搅拌摩擦焊缝强化工艺；与现有的强化工艺相比，本发明提出的工艺步骤较少，操作简单。

(2)本发明采用了激光冲击强化技术为主要的加工手段，可以对角焊等非平面焊缝、曲线焊缝等其他工艺不太容易强化的位置进行强化，与其它强化工艺相比，具有可控性好、适用范围广的优点。

(3)本发明的工艺流程中未有除摩擦搅拌针之外的热源引入，减少了热量对焊接接头的影响。

(4)本发明的工艺流程中未采用会对环境造成污染的化学试剂，对环境友好，绿色环保。

附图说明

图1为本发明提供的基于激光冲击的搅拌摩擦焊接头强化方法的工艺流图；

图2为搅拌摩擦焊工艺的流程图；

图3为激光冲击的流程图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

一种基于激光冲击的搅拌摩擦焊接头强化方法：

步骤1：将待焊接的两块金属焊接件A1放置于搅拌摩擦焊接工作台上，根据生产需求，调整焊接参数进行焊接，得到完成焊接的金属焊接件B 5；搅拌头4在焊接时采用；

步骤2：将步骤1得到的金属焊接件B 5先用角磨机去除因搅拌摩擦焊而造成的飞边2，然后再用砂纸6对残余飞边2进行进一步打磨得到完成打磨的金属焊接件C 7；

步骤3：将步骤2得到的金属焊接件C 7表面进行清洗(采用酒精作为洗涤剂8)，去除打磨过程中产生的金属颗粒；

步骤4：将步骤3得到的金属焊接件D 9焊缝3的表面铺设一层吸收层10(黑色聚四氟乙烯胶带或黑漆)，作用是吸收激光能量以产生等离子体，形成冲击波；在吸收层上方铺设一层约束层11(水或光学玻璃)，以提高激光冲击压力的幅值并延长压力作用时间；

步骤5：将铺设有吸收层10和约束层11的金属焊接件D 9固定在六轴机器人17的六轴机器人夹具16上，根据生产需要，调整激光冲击的参数，利用激光器13(采用高功率调Q型Nd:YAG激光器，激光束能量遵循近平顶分布)输出激光束12，激光12先经过光学装置15改变传输方向并聚焦，之后透过约束层11被吸收层12吸收，产生等离子体爆炸形成冲击波，对金属焊接件的焊缝3进行冲击，得到激光冲击后的金属焊接件E14，该金属焊接件的搅拌摩擦焊接头的物理性能得到了强化。