一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法
阅读说明：本技术 一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法 (Welding method of aluminum alloy and stainless steel capable of obtaining high-strength welding joint ) 是由 尹志春 张向钧 朱文战 张可可 陈刚辉 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法,本焊接方法采用变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧作为复合焊接热源对铝合金板、不锈钢板组成的搭接接头进行焊接,变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧采用同步脉冲调制,脉冲频率、激光功率变化频率、电弧极性转变频率、摆动频率及焊接速度之间相互配合；焊接过程中,高功率激光脉冲与正极性脉冲电弧同步,低功率激光脉冲与反极性脉冲电弧同步,变功率脉冲激光束沿垂直于焊缝方向摆动,并诱导电弧摆动。本发明通过激光束摆动精准控制焊接热源在铝合金和不锈钢的分布,并结合各种频率及焊接速度的配合,可获得界面层均匀,焊接缺陷少、综合性能优异的高强度焊接接头。(A can obtain the welding method of aluminum alloy and stainless steel of the high-strength welded joint, this welding method uses variable power pulse laser beam and variable polarity pulse electric arc as the composite welding heat source to the lap joint that aluminum alloy plate, stainless steel plate make up, variable power pulse laser beam and variable polarity pulse electric arc use the synchronous pulse modulation, the pulse frequency, laser power change frequency, electric arc polarity change frequency, swing frequency and welding speed are mutually cooperated; in the welding process, high-power laser pulses are synchronous with positive-polarity pulse arcs, low-power laser pulses are synchronous with reverse-polarity pulse arcs, and variable-power pulse laser beams swing along the direction vertical to a welding seam and induce the arcs to swing. According to the invention, the distribution of a welding heat source in aluminum alloy and stainless steel is accurately controlled through laser beam swinging, and high-strength welding joints with uniform interface layers, few welding defects and excellent comprehensive performance can be obtained by combining the matching of various frequencies and welding speeds.)
技术领域
本发明提供了一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法，属于焊接加工领域。
背景技术
面对日益严重的能源紧缺问题，交通工具的轻量化越来越受到各国的关注。全不锈钢地铁列车车体结构进一步使用铝合金材料替代部分非承重结构的不锈钢可大大降低列车车身重量，使得地铁列车在启动、运行过程中消耗的电能降低。新能源汽车结构上采用铝-钢复合结构也可降低车身自重，提高续航能力。焊接技术是制造铝和钢复合结构的主要选择。但由于钢、铝之间固溶度低，熔点、密度、热导率、线膨胀系数、晶格常数等热物理性能存在较大的差异，并且二者极易反应生成脆性金属间化合物，此外焊接过程中容易产生气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，从而削弱接头的力学性能。以上诸多因素限制了不锈钢－铝合金异种金属结构件的应用。为了得到性能优异的铝钢异种接头，研究者们通过使用材料(中间层、填充金属、涂层或其组合)来引入合金元素参与界面反应从而调控界面层。但无论是添加焊丝、镀层还是预置合金粉末都会增加焊接过程的复杂性，降低焊接效率。
使用熔钎焊连接铝钢异种金属搭接接头，降低了焊接过程复杂性，提高了焊接效率。激光熔钎焊具有热输入量小、热源易控制、高效、可达性强等优点，是目前实现铝合金/钢复合结构高效连接比较理想的选择，现有技术中通过激光自熔钎焊可获得强度200N/mm以上的搭接焊接接头。但现在的铝合金/钢复合结构激光熔钎焊接仍然存在铝合金/钢复合接头的组织不均匀，结合面的连接强度低，容易产生热裂纹等问题，在一定程度上已不能满足目前对不锈钢-铝合金焊接质量和生产效率的要求。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法，该方法采用变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧作为复合热源进行焊接，可获得综合性能优异的高强度焊接接头。
本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法，包括分别对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理；装配为铝合金板在上、不锈钢在下的搭接形式，组成待焊工件，采用激光束-电弧复合焊接热源对待焊工件进行焊接，复合焊接热源熔化铝合金，加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面；
所述激光束-电弧复合焊接热源包括变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧，二者共同作用于待焊工件并形成一个焊接熔池，所述变功率脉冲激光束包括平均功率比值为1.5-2的高功率激光脉冲和低功率激光脉冲；所述变极性脉冲电弧包括平均功率比值为2-4的正极性脉冲电弧和反极性脉冲电弧；
变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧采用同步脉冲调制，脉冲频率记为f，f＝80Hz-120Hz；变功率脉冲激光束的功率变化和变极性脉冲电弧极性转变同步，即变功率脉冲激光束的功率变化频率和变极性脉冲电弧极性转变频率相同，记为f′，f′＝1/6f-1/3f；且正极性脉冲电弧与高功率激光脉冲同步，反极性脉冲电弧与低功率激光脉冲同步；
焊接开始前，调整变极性脉冲电弧焊枪的位置，使得变极性脉冲电弧焊枪起弧时，2/3-3/4的电弧热量作用在铝合金板上，1/3-1/4的电弧热量作用在不锈钢板上，变功率脉冲激光束位于变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向的前侧；
焊接过程中，变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向同步向前行进，行进速度为v，v＝(1/4f′-1/3f′)mm/s；变功率脉冲激光束在沿焊接方向向前行进的同时，在待焊工件表面的激光光斑沿垂直于焊缝方向摆动，摆动频率为f″，f″＝1/4f′-1/2f′，通过调整摆动中心轴的位置和摆动振幅，使得在焊接过程中，摆动的变功率脉冲激光束在待焊工件上的平均热量分布为：2/3-3/4激光热量照射在铝合金板上，1/3-1/4激光热量照射在不锈钢板上；摆动过程中变极性脉冲电弧焊枪仅沿焊接方向向前行进，不发生其他方向移动，电弧在摆动的激光束诱导下发生小范围摆动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、采用电弧与激光作为复合热源复合的方式进行焊接，结合了激光和电弧两个独立热源各自的优点，极大程度地避免了二者的缺点，提高了能量利用率和焊接速度，改善焊缝成型，有利于获得高质量的焊接接头。激光束设置在电弧沿焊接方向的前侧，起到牵引电弧，减少电弧阻力，防止弧根漂移，保证电弧的高速稳定焊接的作用。
二、电弧采用变极性脉冲电弧，既能发挥阴极清理作用去除表面致密的氧化膜，保证铝合金表面氧化膜清理效果、电弧稳定的前提条件下，又能减少电极烧损，保持电极端头形状。激光束采用变功率脉冲激光束，高功率激光脉冲与正极性脉冲电弧同步，组成高功率焊接热源，低功率激光脉冲与反极性脉冲电弧同步，组成了低功率焊接热源，高功率焊接热源与低功率焊接热源配合形成了低频的“脉冲热源”，“脉冲热源”通过较小的热输入即可获得成型良好的焊接接头，热影响范围小，减少生成过厚的脆性金属间化合物，避免了金属间化合物的厚度过大造成的微裂纹，保证了焊接接头质量。
三、变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧采用同步脉冲调制，试验证明，同步脉冲调制可防止金属过热，有利于细化焊缝晶粒，提高接头的力学性能。
四、变功率脉冲激光束在焊接的过程中垂直于焊缝方向摆动，同时诱导电弧发生摆动，可以精确地调节激光在铝合金与不锈钢板上的能量分布，使得铝合金熔化而不锈钢不熔化，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成稳定均匀的钎焊界面，同时较小的热输入阻碍生成过厚的脆性金属间化合物，避免了金属间化合物的厚度过大造成的微裂纹，保证了焊接接头质量。
五、摆动的激光束及电弧可以使得界面温度分布更加均匀，界面不同位置形成的金属间化合物厚度及成分相似，可获得界面层均匀的熔钎焊接头。而且，激光束及电弧的摆动不仅使得热量更加均匀，而且摆动的激光束及电弧对熔池产生明显搅拌作用，提高接头润湿性，减少焊接气孔，从而获得接头性能优异，界面层均匀的熔钎焊接头。
六、通过变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧的脉冲频率、变功率脉冲激光束的功率变化频率和变极性脉冲电弧极性转变频率、变功率脉冲激光束的摆动频率、焊接速度之间的耦合匹配，通过较小的热输入，即可获得成形良好、缺陷少的高强度焊接接头。
总之，本发明采用变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧作为复合热源，二者采用采用同步脉冲调制，高功率激光脉冲与正极性脉冲电弧同步，低功率激光脉冲与反极性脉冲电弧同步，变功率脉冲激光束在焊接过程中摆动，并诱导电弧摆动，以精确控制焊接热源在不锈钢板及铝合金板的分布，结合脉冲频率、激光功率变化频率、电弧极性转变频率、摆动频率及焊接速度之间的配合，最终获得了强度高达300N/mm以上的焊接接头。
进一步，本发明所述对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理后，组成搭接形式的待焊工件之前，使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理，并使用电刷镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为5-8μm的Cu金属镀层和厚度为5-9μm的Ag金属镀层，在不锈钢板待焊接区域表面形成Cu-Ag复合镀层。
首先，对不锈钢板的待焊区域酸洗活化不仅进一步去除表面氧化膜，而且在不锈钢表面产生活化点，提高镀层在不锈钢表面的沉积效率和附着力，采用不锈钢表面制备Cu-Ag复合镀层进行合金元素界面调控，相较于添加中间层可以随意控制合金元素层厚度，不需要严格的装配流程，相较于普通金属粉末涂层拥有更强的附着性，相较于焊丝引入合金元素可以随意控制合计元素的种类和比例，且不会引入其他无关元素的干扰。不锈钢表面的Cu-Ag复合镀层可以促进熔化铝合金在不锈钢表面铺展，减小润湿角，得到成型美观的焊接接头。Cu-Ag复合镀层中的Cu、Ag元素参均可参加Fe-Al冶金反应，替代Fe-Al化合物中Fe原子，降低金属间化合物的脆性，并提高Fe元素在铝合金-不锈钢界面的化学势，阻碍Fe原子向熔化铝合金中扩散，防止金属间化合物过厚，避免产生微裂纹，提高焊接接头的综合力学性。
进一步，本发明所述变功率脉冲激光束在待焊工件表面的激光光斑直径为1mm-3mm，焊接过程中摆动的摆动振幅为1mm-3mm，变功率脉冲激光束的中心轴与待焊工件表面的交点和变极性脉冲电弧电极的中心轴与待焊工件表面的交点之间的距离为2mm-3mm。
进一步，本发明所述高功率激光脉冲与正极性脉冲电弧的平均功率比值为0.6-1.5，低功率激光脉冲与反极性脉冲电弧的平均功率比值为1.3-2。
进一步，本发明所述变极性脉冲电弧在一个极性转变周期内，正极性脉冲电弧作用时间与反极性脉冲电弧作用时间之比为1.5-3。
更进一步，本发明所述变功率脉冲激光束中高功率激光脉冲的平均功率为1500w-2200w，低功率激光脉冲的平均功率为800w-1400w，变极性脉冲电弧中正极性脉冲电弧的平均功率为1500w-2200w，反极性脉冲电弧的平均功率为400w-800w。
试验证明，上述功率比值、正极性脉冲电弧作用时间与反极性脉冲电弧作用时间比值及的变功率脉冲激光束、变极性脉冲电弧的功率范围，均有利于使得铝合金在不锈钢表面的铺展，形成成形良好的焊接接头，同时也有利于可以控制金属间化合物的生长，控制脆而硬的金属间化合物厚度，获得高强度焊接接头。
在本发明中，焊接热源总热量根据焊接板材的型号和厚度而定，试验证明，确定焊接热源总热量后，根据本发明的功率比值分配焊接热源，有利于获得综合性能优异的焊接接头。
进一步，本发明所述激光束-电弧复合焊接热源还包括扫描激光束，扫描激光束位于变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向的后侧，扫描激光束的中心轴与待焊工件表面的交点和变极性脉冲电弧电极的中心轴与待焊工件表面的交点之间的距离为10mm-15mm；焊接过程中扫描激光束与变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向同步向前行进；扫描激光束在沿焊接方向向前行进的同时，在焊缝表面旋转扫描，扫描范围覆盖焊缝区域。
铝合金的线膨胀系数高，凝固时体积收缩大，对氢的溶解度高，激光束-电弧复合焊接速度快，熔池存在时间短，冷却快，焊缝金属很容易由于凝固过快产生气孔缺陷、裂纹分层等缺陷，在变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧后设置扫描激光束，可搅动熔池，使气体溢出，改变熔池结晶状况，同时减缓熔池冷却时间，避免出现裂纹，减少焊接变形，在保证焊缝纯净度的同时得到成形美观焊缝。而且，扫描激光束还可以对焊接接头进行适当的软化，实现焊接接头强度和塑性的匹配。
更进一步，所述扫描激光束的功率与变功率脉冲激光束中高功率激光脉冲功率比值为0.3-0.6，扫描激光束的扫描频率为80Hz-300Hz。
试验证明，采用上述功率比值和扫描频率的扫描激光束，有利于发挥扫描激光束的作用，减少气孔、变形等缺陷，在保证焊缝纯净度的同时得到成形美观焊缝。
更进一步，本发明所述扫描激光束在焊缝表面旋转扫描，扫描范围覆盖焊缝区域的具体方式是：控制扫描激光束的激光焦点在平行焊接工件表面方向上做旋转运动，同时在垂直焊接工件表面方向上按做往复运动，且旋转运动的频率与往复运动的频率相同，使得扫描激光束的激光焦点的扫描路径平行于焊缝表面，并通过调整旋转半径，使得扫描激光束照射在焊缝表面的激光光斑扫描范围恰好覆盖焊缝区域表面。所述激光焦点在平行焊接工件表面方向上做旋转运动的直径为焊缝宽度减去扫描激光束在焊缝表面的激光光斑直径，激光焦点在垂直焊接工件表面方向上做往复运动的振幅为焊缝高度，这样既可以保证扫描激光束照射在焊缝表面的激光光斑扫描范围恰好覆盖焊缝区域表面。
扫描激光束的激光焦点在平行焊接工件表面方向上做旋转运动由楔形镜的旋转运动产生，扫描激光束的激光焦点在垂直焊接工件表面方向上做往复运动由在不同电场强度下曲率变形的液滴透镜随着电场强度变化而实现，所述液滴透镜与楔形镜同心安装，且在激光束扫描过程中保持液滴透镜的中轴线始终同楔形镜同心。
更进一步，本发明所述变功率脉冲激光束中高功率激光脉冲的平均功率为1300w-2000w，低功率激光脉冲的平均功率为600w-1200w，变极性脉冲电弧中正极性脉冲电弧的平均功率为1300w-2000w，反极性脉冲电弧的平均功率为200w-600w，扫描激光束的功率为400w-1000w。
试验证明，采用上述功率范围的变功率脉冲激光束、变极性脉冲电弧和扫描激光束进行焊接，既可以保证铝合金在不锈钢表面的铺展，形成成形良好的焊接接头，又可以控制金属间化合物的生长，控制脆而硬的金属间化合物厚度，减少气孔、焊接变形等焊接缺陷，获得高强度焊接接头。
附图说明
图1为本发明变功率脉冲激光束与变极性脉冲电弧作为焊接热源的复合焊接三维结构示意图。
图2为本发明变功率脉冲激光束的激光光斑在焊接过程中的摆动路径示意图。
图3为本发明变功率脉冲激光束的输出功率波形与变极性脉冲电弧的输出电流波形示意图。
图4为本发明变功率脉冲激光束、变极性脉冲电弧和扫描激光束作为焊接热源的复合焊接三维结构示意图。
图中，1为变极性脉冲电弧焊枪，2为变极性脉冲电弧焊枪产生的电弧，3为变功率脉冲激光束，4为变功率脉冲激光束的激光光斑摆动路径，5为扫描激光束，6为扫描激光束的扫描路径，7为铝合金板，8为不锈钢板，9为焊缝，10为变功率脉冲激光束的激光光斑，11变功率脉冲激光束的摆动中心轴，θ1为变功率脉冲激光束的中心轴与竖直方向的夹角，θ2为扫描激光束的中心轴与竖直方向的夹角。
具体实施方式
实施例
一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法，包括分别对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理；装配为铝合金板在上、不锈钢在下的搭接形式，组成待焊工件，采用激光束-电弧复合焊接热源对待焊工件进行焊接，复合焊接热源熔化铝合金，加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面；
所述激光束-电弧复合焊接热源包括变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧，二者共同作用于待焊工件并形成一个焊接熔池，所述变功率脉冲激光束包括平均功率比值为1.5-2的高功率激光脉冲和低功率激光脉冲；所述变极性脉冲电弧包括平均功率比值为2-4的正极性脉冲电弧和反极性脉冲电弧；所述高功率激光脉冲与正极性脉冲电弧的平均功率比值优选为0.6-1.5，低功率激光脉冲与反极性脉冲电弧的平均功率比值优选为1.3-2；
变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧采用同步脉冲调制，脉冲频率记为f，f＝80Hz-120Hz；变功率脉冲激光束的功率变化和变极性脉冲电弧极性转变同步，即变功率脉冲激光束的功率变化频率和变极性脉冲电弧极性转变频率相同，记为f′，f′＝1/6f-1/3f；且正极性脉冲电弧与高功率激光脉冲同步，反极性脉冲电弧与低功率激光脉冲同步；所述变极性脉冲电弧在一个极性转变周期内，正极性脉冲电弧作用时间与反极性脉冲电弧作用时间之比优选为1.5-3；
图3为本发明变功率脉冲激光束的输出功率波形与变极性脉冲电弧的输出电流波形示意图。图中I1为正极性脉冲电弧的平均电流，I2为反极性脉冲电弧的平均电流，P1为高功率激光脉冲的平均功率，P2为低功率激光脉冲的平均功率，DCEP表示直流正接，DCEN表示直流反接。焊接过程中，变极性脉冲电弧通过弧长跟踪器实时调整和监测焊接电压，焊接电压维持电弧的焊接电压不变，所以脉冲电弧的平均功率变化与脉冲电弧的平均电流变化同步。图3仅仅是为了表现变功率脉冲激光束的功率变化和变极性脉冲电弧极性转变同步的示意图，图中表现出的变功率脉冲激光束的功率脉冲频率和变极性脉冲电弧的电流脉冲频率与实际脉冲频率并不相同。
焊接开始前，调整变极性脉冲电弧焊枪的位置，使得变极性脉冲电弧焊枪起弧时，2/3-3/4的电弧热量作用在铝合金板上，1/3-1/4的电弧热量作用在不锈钢板上，变功率脉冲激光束位于变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向的前侧；图1为本发明变功率脉冲激光束与变极性脉冲电弧作为焊接热源的复合焊接三维结构示意图。
焊接过程中，变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向同步向前行进，行进速度为v，v＝(1/4f′-1/3f′)mm/s；变功率脉冲激光束在沿焊接方向向前行进的同时，在待焊工件表面的激光光斑沿垂直于焊缝方向摆动，摆动频率为f″，f″＝1/4f′-1/2f′，通过调整摆动中心轴的位置和摆动振幅，使得在焊接过程中，摆动的变功率脉冲激光束在待焊工件上的平均热量分布为：2/3-3/4激光热量照射在铝合金板上，1/3-1/4激光热量照射在不锈钢板上；摆动过程中变极性脉冲电弧焊枪仅沿焊接方向向前行进，不发生其他方向移动，电弧在摆动的激光束诱导下发生小范围摆动。
图2为本发明变功率脉冲激光束的激光光斑在焊接过程中的摆动路径示意图。图中激光光斑10为焊接开始时，变功率脉冲激光束照射在待焊工件上的激光光斑位置示意图。焊接过程中，激光束在待焊工件表面的激光光斑沿垂直于焊缝方向，以11为摆动中心轴摆动。
优选的，在对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理后，组成搭接形式的待焊工件之前，使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理，并使用电刷镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为5-8μm的Cu金属镀层和厚度为5-9μm的Ag金属镀层，在不锈钢板待焊接区域表面形成Cu-Ag复合镀层。
优选的，所述变功率脉冲激光束在待焊工件表面的激光光斑直径为1mm-3mm，焊接过程中摆动的摆动振幅为1mm-3mm，变功率脉冲激光束的中心轴与待焊工件表面的交点和变极性脉冲电弧电极的中心轴与待焊工件表面的交点之间的距离为2mm-3mm。
优选的，所述变功率脉冲激光束中高功率激光脉冲的平均功率为1500w-2200w，低功率激光脉冲的平均功率为800w-1400w，变极性脉冲电弧中正极性脉冲电弧的平均功率为1500w-2200w，反极性脉冲电弧的平均功率为400w-800w。
优选的，所述激光束-电弧复合焊接热源还包括扫描激光束，扫描激光束位于变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向的后侧，扫描激光束的中心轴与待焊工件表面的交点和变极性脉冲电弧电极的中心轴与待焊工件表面的交点之间的距离为10mm-15mm；焊接过程中扫描激光束与变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向同步向前行进；扫描激光束在沿焊接方向向前行进的同时，在焊缝表面旋转扫描，扫描范围覆盖焊缝区域。图4为本发明变功率脉冲激光束、变极性脉冲电弧和扫描激光束作为焊接热源的复合焊接三维结构示意图。图中，6为扫描激光束的扫描路径，θ2为扫描激光束的中心轴与竖直方向的夹角，优选为5-15°，扫描激光束在焊缝表面上的激光光斑直径优选为0.5mm-1mm。
更为优选的，所述扫描激光束的功率与变功率脉冲激光束中高功率激光脉冲功率比值为0.3-0.6，扫描激光束的扫描频率为80Hz-300Hz。
更为优选的，所述扫描激光束在焊缝表面旋转扫描，扫描范围覆盖焊缝区域的具体方式是：控制扫描激光束的激光焦点在平行焊接工件表面方向上做旋转运动，同时在垂直焊接工件表面方向上按做往复运动，且旋转运动的频率与往复运动的频率相同，使得扫描激光束的激光焦点的扫描路径平行于焊缝表面，并通过调整旋转半径，使得扫描激光束照射在焊缝表面的激光光斑扫描范围恰好覆盖焊缝区域表面。扫描激光束的激光焦点在平行焊接工件表面方向上做旋转运动由楔形镜的旋转运动产生，扫描激光束的激光焦点在垂直焊接工件表面方向上做往复运动由在不同电场强度下曲率变形的液滴透镜随着电场强度变化而实现，所述液滴透镜与楔形镜同心安装，且在激光束扫描过程中保持液滴透镜的中轴线始终同楔形镜同心。
在所述激光束-电弧复合焊接热源包括扫描激光束，变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧的情况下，优选的，所述变功率脉冲激光束中高功率激光脉冲的平均功率为1300w-2000w，低功率激光脉冲的平均功率为600w-1200w，变极性脉冲电弧中正极性脉冲电弧的平均功率为1300w-2000w，反极性脉冲电弧的平均功率为200w-600w，扫描激光束的功率为400w-1000w。
实施例一
一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法，所述待焊接的铝合金板为厚度为2mm的6061铝合金板，待焊接的不锈钢板为厚度为2mm的301L不锈钢板，焊接方法包括分别对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理；装配为铝合金板在上、不锈钢在下的搭接形式，搭接距离设置为8mm，组成待焊工件，采用激光束-电弧复合焊接热源对待焊工件进行焊接，复合焊接热源熔化铝合金，加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面，焊接过程采用高纯氩气保护所使用的氩气流量为25L/min；
所述激光束-电弧复合焊接热源包括变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧，二者共同作用于待焊工件并形成一个焊接熔池，所述变功率脉冲激光束包括高功率激光脉冲和低功率激光脉冲；所述变极性脉冲电弧包括正极性脉冲电弧和反极性脉冲电弧；
变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧采用同步脉冲调制，脉冲频率记为f，f＝100Hz，脉冲占空比为50％；变功率脉冲激光束的功率变化和变极性脉冲电弧极性转变同步，即变功率脉冲激光束的功率变化频率和变极性脉冲电弧极性转变频率相同，记为f′，f′＝25Hz；且正极性脉冲电弧与高功率激光脉冲同步，反极性脉冲电弧与低功率激光脉冲同步；所述变极性脉冲电弧在一个极性转变周期内，正极性脉冲电弧作用时间为25ms，反极性脉冲电弧作用时间为15ms；
焊接开始前，调整变极性脉冲电弧焊枪的位置，使得变极性脉冲电弧焊枪起弧时，3/4的电弧热量作用在铝合金板上，1/4的电弧热量作用在不锈钢板上，变功率脉冲激光束位于变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向的前侧，与竖直方向的夹角为10°，变功率脉冲激光束的中心轴在待焊工件表面的投影与焊缝方向平行；
焊接过程中，变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向同步向前行进，行进速度为v，v＝7mm/s；变功率脉冲激光束在沿焊接方向向前行进的同时，在待焊工件表面的激光光斑沿垂直于焊缝方向摆动，摆动频率为f″，f″＝8Hz，通过调整摆动中心轴的位置和摆动振幅，使得在焊接过程中，摆动的变功率脉冲激光束在待焊工件上的平均热量分布为：3/4激光热量照射在铝合金板上，1/4激光热量照射在不锈钢板上；摆动过程中变极性脉冲电弧焊枪仅沿焊接方向向前行进，不发生其他方向移动，电弧在摆动的激光束诱导下发生小范围摆动。
本例中所述变极性脉冲电弧焊枪垂直于待焊工件表面设置，变功率脉冲激光束的中心轴与待焊工件表面的交点和变极性脉冲电弧电极的中心轴与待焊工件表面的交点之间的距离为3mm。
本例中所述变功率脉冲激光束在待焊工件表面的激光光斑直径为2mm，在待焊工件表面上摆动的摆动振幅为2mm。
本例中所述变功率脉冲激光束中高功率激光脉冲的平均功率为1900w，低功率激光脉冲的平均功率为1100w，变极性脉冲电弧中正极性脉冲电弧的平均电流为120A，反极性脉冲电弧的平均电流为40A，焊接过程中通过弧长跟踪器实时调整和监测焊接电压，使得焊接电压维持在16V左右。
通过对焊接接头的力学性能进行分析，采用本实施例焊接方法得到的焊接接头的平均强度高达321N/mm，远高于现有激光自熔钎焊方法。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，唯一不同之处在于本实施例在对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理后，组成搭接形式的待焊工件之前，使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理，并使用电刷镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为7μm的Cu金属镀层和厚度为7μm的Ag金属镀层，在不锈钢板待焊接区域表面形成Cu-Ag复合镀层。
通过对焊接接头的力学性能进行分析，采用本实施例焊接方法得到的焊接接头的平均强度高达332N/mm，远高于现有激光自熔钎焊方法。
实施例三
一种可获得高强度焊接接头的铝合金与不锈钢的焊接方法，所述待焊接的铝合金板为厚度为2mm的6061铝合金板，待焊接的不锈钢板为厚度为2mm的301L不锈钢板，焊接方法包括分别对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理；装配为铝合金板在上、不锈钢在下的搭接形式，搭接距离设置为8mm，组成待焊工件，采用激光束-电弧复合焊接热源对待焊工件进行焊接，复合焊接热源熔化铝合金，加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面，焊接过程采用高纯氩气保护所使用的氩气流量为25L/min；
所述激光束-电弧复合焊接热源包括变功率脉冲激光束、变极性脉冲电弧和扫描激光束，功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧共同作用于待焊工件并形成一个焊接熔池，所述变功率脉冲激光束包括高功率激光脉冲和低功率激光脉冲；所述变极性脉冲电弧包括正极性脉冲电弧和反极性脉冲电弧；
变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧采用同步脉冲调制，脉冲频率记为f，f＝100Hz，脉冲占空比为50％；变功率脉冲激光束的功率变化和变极性脉冲电弧极性转变同步，即变功率脉冲激光束的功率变化频率和变极性脉冲电弧极性转变频率相同，记为f′，f′＝25Hz；且正极性脉冲电弧与高功率激光脉冲同步，反极性脉冲电弧与低功率激光脉冲同步；所述变极性脉冲电弧在一个极性转变周期内，正极性脉冲电弧作用时间为25ms，反极性脉冲电弧作用时间为15ms；
焊接开始前，调整变极性脉冲电弧焊枪的位置，使得变极性脉冲电弧焊枪起弧时，3/4的电弧热量作用在铝合金板上，1/4的电弧热量作用在不锈钢板上，变功率脉冲激光束位于变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向的前侧，与竖直方向的夹角为10°，扫描激光束位于变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向的后侧，变功率脉冲激光束和扫描激光束的中心轴在待焊工件表面的投影与焊缝方向平行；
焊接过程中，变功率脉冲激光束和变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向同步向前行进，行进速度为v，v＝7mm/s；变功率脉冲激光束在沿焊接方向向前行进的同时，在待焊工件表面的激光光斑沿垂直于焊缝方向摆动，摆动频率为f″，f″＝8Hz，通过调整摆动中心轴的位置和摆动振幅，使得在焊接过程中，摆动的变功率脉冲激光束在待焊工件上的平均热量分布为：3/4激光热量照射在铝合金板上，1/4激光热量照射在不锈钢板上；摆动过程中变极性脉冲电弧焊枪仅沿焊接方向向前行进，不发生其他方向移动，电弧在摆动的激光束诱导下发生小范围摆动；焊接过程中扫描激光束与变极性脉冲电弧焊枪沿焊接方向同步向前行进；扫描激光束在沿焊接方向向前行进的同时，在焊缝表面旋转扫描，扫描频率为200Hz，扫描范围覆盖焊缝区域，扫描激光束的中心轴与竖直方向的夹角为10°，扫描激光束在焊缝表面上的激光光斑直径优选为0.5mm。
本例中所述变极性脉冲电弧焊枪垂直于待焊工件表面设置，变功率脉冲激光束的中心轴与待焊工件表面的交点和变极性脉冲电弧电极的中心轴与待焊工件表面的交点之间的距离为3mm，扫描激光束的中心轴与待焊工件表面的交点和变极性脉冲电弧电极的中心轴与待焊工件表面的交点之间的距离为12mm；
本例中所述变功率脉冲激光束在待焊工件表面的激光光斑直径为2mm，在待焊工件表面上摆动的摆动振幅为2mm。
本例中所述扫描激光束在焊缝表面旋转扫描，扫描范围覆盖焊缝区域的具体方式是：控制扫描激光束的激光焦点在平行焊接工件表面方向上做旋转运动，同时在垂直焊接工件表面方向上按做往复运动，且旋转运动的频率与往复运动的频率相同，使得扫描激光束的激光焦点的扫描路径平行于焊缝表面，并通过调整旋转半径，使得扫描激光束照射在焊缝表面的激光光斑扫描范围恰好覆盖焊缝区域表面。所述扫描激光束的激光焦点在平行焊接工件表面方向上做旋转运动由楔形镜的旋转运动产生，扫描激光束的激光焦点在垂直焊接工件表面方向上做往复运动由在不同电场强度下曲率变形的液滴透镜随着电场强度变化而实现，所述液滴透镜与楔形镜同心安装，且在激光束扫描过程中保持液滴透镜的中轴线始终同楔形镜同心。
本例中所述变功率脉冲激光束中高功率激光脉冲的平均功率为1700w，低功率激光脉冲的平均功率为900w，扫描激光束的功率为700w，变极性脉冲电弧中正极性脉冲电弧的平均电流为100A，反极性脉冲电弧的平均电流为30A，焊接过程中通过弧长跟踪器实时调整和监测焊接电压，使得焊接电压维持在16V左右。
通过对焊接接头的力学性能进行分析，采用本实施例焊接方法得到的焊接接头的平均强度高达328N/mm，远高于现有激光自熔钎焊方法。