随着科技的发展，像铝合金与钢、铝合金与钛合金等异种金属的连接越来越受到重视,但是采用熔化焊来连接异种金属非常困难,同时扩散焊的效果也很不理想,主要是因为焊接过程中在界面处会产生较多的脆性金属间化合物。因此,急需一种高可靠性、高效率的新工艺对异种材料进行高质量的连接。激光滚压焊正是针对这需求而开发的新型连接工艺。

激光滚压焊由激光焊与滚压焊两种焊接方法复合而成。众所周知,激光焊属于熔化焊,焊接异种材料时将在界面处发生液液反应,形成较厚的反应层从而影响接头强度。滚压焊是一种固相焊,虽可抑制界面反应层的生成,但为了使材料达到热塑性状态需较大的压力和较高的温度,尤其在焊接高温塑性较低的材料时,焊接条件更为苛刻。在激光滚压焊中,采用高能密度激光束对材料进行加热,利用滚轮紧随其后对材料施加压力而形成接合。

采用激光滚压焊焊接异种材料时,将被焊材料进行搭接,激光束照射在熔点较高的母材一侧加热至两母材熔点间某一温度,高熔点的母材在激光照射下并不发生熔化,在热传导作用下低熔点的母材却熔化,所以在接合界面发生的治金反应属液固反应。这种液固接合机理有益于抑制界面反应层生成,激光滚压焊适于异种材料焊接。

激光滚压焊焊接铝合金与钢的原理是这样的：CO2激光器设备附加安装一平面反射镜和滚轮。其中,滚轮由不锈钢材料制作,并且装置标有刻度的压缩弹簧用以施加预定的滚轮压力。激光束以一定角度经镜面反射至滚轮前方进行加热。照射到材料表面上的激光束是散焦的,以增大加热面积和避免被照射材料熔化。为了防止激光束因折射而在材料内部聚焦并致使该处熔化,激光束焦点一般调至材料上方。加热温度可以通过调整输出功率、散焦距离(焦点到材料表面距离)以及焊接速度进行控制。

为了便于调节光斑,有研究者对激光滚压焊设备进行了改造,改造后的激光滚压焊原理如下图所示。采用柔性的光纤激光头以取代原来的平面反射系统,不仅简化了激光滚压焊设备,而且光斑调节更加快捷,极大地提高了效率;为了防止金属在焊接过程中发生氧化,还在改良的设备里增加了气体保护系统。

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