專利名稱：汽車空調(diào)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(shù)領域：
本發(fā)明涉及汽車空調(diào)機機械加工生產(chǎn)領域，尤其是對汽車空調(diào)機鋁空心活塞的激光焊接。
背景技術(shù)：
鋁活塞是現(xiàn)代新型汽車空調(diào)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(xiàn)代汽車空調(diào)機的鋁活塞多采用空心結(jié)構(gòu)，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(shù)都存在一些缺陷，或者焊接速度較慢，而且焊接件易產(chǎn)生變形；或者需經(jīng)常維護電極，清除氧化物；或者需要高真空環(huán)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(zhì)量要求嚴格等。而采用最新焊接技術(shù)——激光焊接，焊接速度快，焊接質(zhì)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(wěn)定可靠，焊縫氣密性能良好，不出現(xiàn)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(shù)所能達到的。鋁材料元件激光焊接遇到的主要技術(shù)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(xiàn)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(xiàn)鋁合金激光焊接。我們注意到物質(zhì)對光輻射的吸收系數(shù)與光的偏振狀態(tài)，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(shù)與焊接面形態(tài)有關。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)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(diào)機鋁空心活塞激光焊接方法及其專用裝置。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:該汽車空調(diào)機鋁空心活塞激光焊接方法，其主要技術(shù)特征是采用高功率、圓偏振CO2激光器輸出的激光束，經(jīng)光學系統(tǒng)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(fā)射激光的持續(xù)時間和強度，以及鋁空心活塞的同步旋轉(zhuǎn)速度。所述的高功率、圓偏振CO2激光器發(fā)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(jīng)光學傳輸聚焦系統(tǒng)后產(chǎn)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(tǒng)，光學傳輸聚焦系統(tǒng)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(zhuǎn)速度。
本發(fā)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(jié)構(gòu)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(xiàn)氣泡和裂紋。
本發(fā)明的有益效果是，在汽車空調(diào)機鋁空心活塞激光焊接的規(guī)模生產(chǎn)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(fā)明的裝置方塊圖； 圖2是焊接前鋁空心活塞柱體的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為蓋體的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是焊接后鋁空心活塞的成品構(gòu)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(tǒng)，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(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
在圖1中，高功率、圓偏振CO2激光器I發(fā)射波長10.6微米、輸出功率2仟仟瓦的圓偏振激光光束，經(jīng)光學傳輸聚焦系統(tǒng)2后，產(chǎn)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?；钊庸すぜ?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(fā)光時間和強度，以及活塞加工工件3的同步旋轉(zhuǎn)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(jīng)過特氟龍涂敷、精加工后，成為符合設計要求的汽車空調(diào)機鋁空心活塞成品O
權(quán)利要求
1.一種汽車空調(diào)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(jīng)光學系統(tǒng)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(fā)射激光的持續(xù)時間和強度，以及鋁空心活塞的同步旋轉(zhuǎn)速度。
2.如權(quán)利要求I所述的一種汽車空調(diào)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(fā)射波長10. 6微米、功率2仟仟瓦的圓偏振激光光束。
3.如權(quán)利要求I所述的一種汽車空調(diào)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(jīng)光學傳輸聚焦系統(tǒng)后產(chǎn)生功率密度為IO6 IO8瓦/厘米2。
4.如權(quán)利要求I所述的一種汽車空調(diào)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(tǒng)，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(diào)機鋁空心活塞激光焊接方法及其專用裝置，其主要技術(shù)特征是采用高功率、圓偏振CO2激光器輸出的激光束，經(jīng)光學系統(tǒng)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(fā)射激光的持續(xù)時間和強度，以及鋁空心活塞的同步旋轉(zhuǎn)速度。本發(fā)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(xiàn)氣泡和裂紋。在汽車空調(diào)機鋁空心活塞激光焊接的規(guī)模生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)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