專利名稱：汽車空調機鋁空心活塞激光焊接方法及其專用裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及汽車空調機機械加工生產領域，尤其是對汽車空調機鋁空心活塞的激光焊接。
背景技術：
鋁活塞是現代新型汽車空調機必需的關鍵元件之一。為了進一步減輕活塞的重量，降低能耗，以及減少元件成本，現代汽車空調機的鋁活塞多采用空心結構，由活塞柱體和蓋體焊接而成。因此，鋁活塞的加工制造就需要使用到焊接工藝。通常采用的焊接工藝主要有電阻焊、氬弧焊、電子束焊、等離子焊等。但是，這些焊接技術都存在一些缺陷，或者焊接速度較慢，而且焊接件易產生變形；或者需經常維護電極，清除氧化物；或者需要高真空環境以防止電子散射，設備復雜，焊件尺寸和形狀受到真空室的限制，對焊件裝配質量要求嚴格等。而采用最新焊接技術——激光焊接，焊接速度快，焊接質量好，是目前鋁空心活塞加工中首選的先進焊接工藝。然而，鋁空心活塞是一個工藝要求相當高的工件，活塞柱體和蓋體焊接后的中心需保持同心，精度要求很高；焊接件牢固、穩定可靠，焊縫氣密性能良好，不出現漏氣小孔和裂紋；焊縫的力學性能和機械性能保持與基體材料相同等等。這些要求不是一般激光焊接技術所能達到的。鋁材料元件激光焊接遇到的主要技術難點是鋁合金對CO2激光能量有很高反射率，以致激光能量用于有效焊接的利用率很低；其次是在焊縫中間和焊縫表面因熔池冷卻和凝固過程太快，容易出現氣孔和裂紋。鋁合金激光焊接的難點在于鋁合金對CO2激光束極高的表面初始反射率，因此，必須采取適當措施來增強鋁材料對激光能`量的吸收和減少反射，提高激光能量利用率，以利于實現鋁合金激光焊接。我們注意到物質對光輻射的吸收系數與光的偏振狀態，比如P偏振、s偏振或者圓偏振有關，以及激光能量反射系數與焊接面形態有關。發明內容:
本發明提供一種使照射在鋁材料上顯示鋁材料表面的反射率大幅度降低，不用對材料進行表面處理便能夠顯著增強鋁合金對激光能量的吸收，以及延緩熔池冷卻和凝固過程，消除氣泡和裂紋的汽車空調機鋁空心活塞激光焊接方法及其專用裝置。本發明是通過如下技術方案來實現的:該汽車空調機鋁空心活塞激光焊接方法，其主要技術特征是采用高功率、圓偏振CO2激光器輸出的激光束，經光學系統聚焦成高功率密度激光光束，鋁空心活塞置于改裝車床的特制夾具上，焊件對接設有合適縫隙，由專用電腦控制激光器發射激光的持續時間和強度，以及鋁空心活塞的同步旋轉速度。所述的高功率、圓偏振CO2激光器發射波長10.6微米、功率2仟仟瓦的圓偏振激光光束；
所述的高功率密度激光光束經光學傳輸聚焦系統后產生功率密度為IO6 IO8瓦/厘米2。
所述專用裝置由高功率、圓偏振CO2激光器連接光學傳輸聚焦系統，光學傳輸聚焦系統作用于活塞加工件，活塞加工件置于改裝車床的特制夾具上，由專用電腦控制高功率、圓偏振CO2激光器和改裝車床帶動焊接件的高速旋轉速度。
本發明采用輸出圓偏振激光的激光器，照射在鋁材料上顯示鋁材料表面的反射率大幅度降低，不用對材料進行表面處理便能夠顯著增強鋁合金對激光能量的吸收。從焊接結構設計方面考慮，合理設計焊件對接縫隙，增加鋁合金焊接件表面對激光能量的吸收。從工藝上采用高功率密度、高焊接速度，延緩熔池冷卻和凝固過程，避免焊接后出現氣泡和裂紋。
本發明的有益效果是，在汽車空調機鋁空心活塞激光焊接的規模生產中，完成一個焊接件的焊接時間小于I秒，成品合格率達到99%以上。
圖1是本發明的裝置方塊圖； 圖2是焊接前鋁空心活塞柱體的結構示意圖； 圖3為蓋體的結構示意圖； 圖4是焊接后鋁空心活塞的成品構造圖。
具體實施方式
圖1中1.高功率、圓偏振CO2激光器，2.光學傳輸聚焦系統，3.活塞加工工件，4.改裝車床和特制夾具，5.專用電腦 圖2中6.鋁空心活塞柱體，7.蓋體 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
在圖1中，高功率、圓偏振CO2激光器I發射波長10.6微米、輸出功率2仟仟瓦的圓偏振激光光束，經光學傳輸聚焦系統2后，產生功率密度高達IO6 IO8瓦/厘米2、適合焊接縫隙尺寸的強激光光斑。活塞加工工件3安置在改裝車床和特制夾具4的特制夾具上，由專用電腦5控制激光器的發光時間和強度，以及活塞加工工件3的同步旋轉速度。
在圖2、圖3中，鋁空心活塞柱體6和蓋體7均是由精選配方的鋁合金鍛壓成型，粗加工而成。
在圖4中，鋁空心活塞柱體6和蓋體7已被激光焊接成一體，需進一步進行精加工達到設計要求。經過特氟龍涂敷、精加工后，成為符合設計要求的汽車空調機鋁空心活塞成品O
權利要求
1.一種汽車空調機鋁空心活塞激光焊接方法，其特征在于先采用高功率、圓偏振0)2激光器，經光學系統聚焦成高功率密度激光光束，鋁空心活塞置于改裝車床的特制夾具上，焊件對接設有縫隙，由專用電腦控制激光器發射激光的持續時間和強度，以及鋁空心活塞的同步旋轉速度。
2.如權利要求I所述的一種汽車空調機鋁空心活塞激光焊接方法，其特征在于所述的高功率、圓偏振CO2激光器發射波長10. 6微米、功率2仟仟瓦的圓偏振激光光束。
3.如權利要求I所述的一種汽車空調機鋁空心活塞激光焊接方法，其特征在于所述的高功率密度激光光束經光學傳輸聚焦系統后產生功率密度為IO6 IO8瓦/厘米2。
4.如權利要求I所述的一種汽車空調機鋁空心活塞激光焊接專用裝置，其特征在于所述專用裝置由高功率、圓偏振CO2激光器連接光學傳輸聚焦系統，活塞加工件置于改裝車床的特制夾具上，由專用電腦控制高功率、圓偏振CO2激光器和改裝車床運行。
全文摘要
一種汽車空調機鋁空心活塞激光焊接方法及其專用裝置，其主要技術特征是采用高功率、圓偏振CO2激光器輸出的激光束，經光學系統聚焦成高功率密度激光光束，鋁空心活塞置于改裝車床的特制夾具上，焊件對接設有合適縫隙，由專用電腦控制激光器發射激光的持續時間和強度，以及鋁空心活塞的同步旋轉速度。本發明合理設計焊件對接縫隙，增加鋁合金焊接件表面對激光能量的吸收。從工藝上采用高功率密度、高焊接速度，延緩熔池冷卻和凝固過程，避免焊接后出現氣泡和裂紋。在汽車空調機鋁空心活塞激光焊接的規模生產中，完成一個焊接件的焊接時間小于1秒，成品合格率達到99%以上。
文檔編號B23K26/42GK103252580SQ20131011258
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月2日 優先權日2013年4月2日
發明者丁宇軍, 高峰, 雷仕湛, 王宏宇 申請人:上海翰鵬光電科技有限公司