激光滚压焊接设备设计.doc

激光滚压焊接设备设计.doc激光 - 滚压焊接设备的设计
南昌航空大学航空制造工程学院 谢吉林 郭跃 陈玉华 黄永德 刘鸽平
文章来源：《现代焊接》杂志
2013 年第 7 期
摘要： 本文介绍一种用于异种金属连接的激光 - 压力复合焊接设备的滚压装置的设计制作。采用现
有的激光焊接设备改装，通过增加辅助滚压系统的方法研究了激光滚压焊接设备的设计制作。该设备能够实现钛 / 铝异种金属的连接。
关键词： 激光滚压焊；异种金属；滚压设备
1 引言
激光滚压焊技术是由日本名古屋大学的沓名宗春等人开发的新型焊接技术，并将其用于异种材
料的焊接中 [1] 。其原理是：在异种金属搭接焊的过程中，利用激光束照射到熔点较高的母材上，使
其达到塑性状态，再通过母材传热到熔点较低的母材使熔点较低的母材熔化；最后通过滚轮滚动施
加压力到焊缝处， 使接触处发生固 - 液反应以达到冶金结合的目的。 这种方法通过控制激光束的功率
来达到结合处的固 - 液反应的目的， 避免了由于发生液相反应时会产生大量金属间化合物的问题。
又
解决了其他焊接过程中存在的如需要大压力或者高温度的问题。在原理上很适合于母材熔点相差较
大的异种金属的连接。目前该项技术主要存在实验室研究阶段，在工业应用中还存在比如激光功率
小，焊接速度和焊接压力匹配度，焊接效率低等问题。国际上这一技术的研究主要集中在日本名古
屋大学，沓名宗春利用激光滚压焊技术对
lmm 厚的 A5052 铝合金板和 (SPCC)板进
行了焊接，获得了良好的接头。
这种方法综合利用了激光焊和压力焊的优点，克服了激光焊熔化母材时带来的金属间会产生脆性化合物和滚压焊需要很大压力的缺点。这种新的焊接方法对与熔点相差较大的母材的焊接有独特优势。现有的实验表明，利用激光滚压焊焊接异种金属可以有效地抑制金属间化合物的产生，明显的增强焊接接头的性能。随着研究的深入和实用化的推进，在激光滚压焊中包括专用的激光焊机和尺寸精度相互配合的滚压焊设备的进一步研发，激光滚压焊技术由于其独特的优势将会有很广阔的应用前景。本文依据现有的激光设备，设计制造了滚压装置以组成激光滚压焊设备，实现异种金属的激光滚压焊。
1
滚压装置的设计方案
激光滚压焊的原理图如图 1所示 [2] 。本文采用的激光焊机的平均功率为 80W，在激光滚压焊实施
的过程中，难点是如何在有效地充分利用现有激光焊机的基础上加装滚压设备。设计滚压装置前对
现有的激光焊机的固定孔的尺寸进行测量。 包括工作孔径， 工作台到定位孔的距离， 激光头的焦距，
激光头距离工作台的上下极限位置等。
测量完成后， 参考资料显示焊接
滚压力为 150MPa。经过估算，其滚压的面积大约为
2
1mm。换算后，。从
经济性和实用性上考虑后，
采用小型气缸作为压力来源， 选定的气缸型号为 QGD型双动薄型气缸， 缸
径为 50mm，行程为 30mm。工作气体压力为
0.