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1、(10)申请公布号 CN 102672354 A (43)申请公布日 2012.09.19 CN 102672354 A *CN102672354A* (21)申请号 201210149957.3 (22)申请日 2012.05.07 B23K 26/32(2006.01) B23K 35/28(2006.01) (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南开区卫津路 92 号 (72)发明人 罗震 敖三三 张迪 孟繁亮 冯梦楠 (74)专利代理机构 天津市北洋有限责任专利代 理事务所 12201 代理人 王秀奎 (54) 发明名称 一种泡沫铝绿色包装材料的激光焊接方法及 其应用 (。
2、57) 摘要 本发明公开了一种泡沫铝绿色包装材料的激 光焊接方法及其应用， 在泡沫铝材料的焊缝处使 用与泡沫铝材料成分基本相同的铝合金作为焊缝 填充材料， 进行激光焊接。 本发明技术方案通过选 择合适的焊缝填充材料， 使之在激光焊接过程中 能克服泡沫铝多孔材料焊接过程中孔洞结构的塌 陷以及避免焊缝处密实结构的形成， 最终形成合 格的连接接头， 满足包装工业中对于泡沫铝连接 的要求。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种泡沫。
3、铝绿色包装材料的激光焊接方法， 其特征在于， 在泡沫铝材料的焊缝处使 用与泡沫铝材料成分基本相同的铝合金作为焊缝填充材料， 进行激光焊接。 2. 根据权利要求 1 所述的一种泡沫铝绿色包装材料的激光焊接方法， 其特征在于 , 激 光焊接中， 所述工艺参数如下 ： 激光平均功率为 14001900w ； 离焦量为 -0.5-1.5mm ； 焊 速 （激光光束移动速度） 为 12cm/s ； 保护气体为惰性气体， 如氩气、 氦气或者氮气， 气体流 量为 1012L/min。 3. 铝合金作为焊缝填充材料在泡沫铝材料激光焊接中的应用。 权 利 要 求 书 CN 102672354 A 2 1/3 页。
4、 3 一种泡沫铝绿色包装材料的激光焊接方法及其应用 技术领域 0001 本发明涉及焊接技术领域， 更加具体地说， 特别涉及一种泡沫铝绿色包装材料的 激光焊接方法及其应用。 背景技术 0002 包装工业是国民经济的重要组成部分， 并且为世界经济发展提供重要支撑。该行 业被称为 “永不衰落的朝阳产业” ， 具有无可比拟的产业优势。 0003 泡沫铝作为一种新型的包装材料， 以 Al 或其它合金为基体、 包含大量孔洞， 具有 缓冲吸能的功能， 同时具有比重小、 重量轻 ； 耐热性强 ； 刚度高等特性， 越来越受到包装运 输、 军事防护、 航空、 航天等各个领域的重视， 已经广泛的应用到了易损物品的缓。
5、冲包装、 重 要设备的防护及结构内部填充等方面。传统的材料分为结构材料和功能材料， 泡沫铝新 型材料符合高技术材料发展的多功能化要求， 也即实现 “结构材料功能化和功能材料结构 化” 。 同时， 泡沫铝是一种绿色的包装材料， 具有可回收性及循环利用的优点， 它不仅可以减 少和消除环境污染， 缓解对生态环境的压力， 而且能节省能源， 取代像木材这类匮乏的自然 资源， 使废旧资源再资源化。 目前对于泡沫铝的研究重点主要集中在其制备、 结构、 性能、 设 计、 降低成本以及拓展其应用领域等方面。 如果无法实现对其可靠而实用的连接， 泡沫铝作 为绿色材料在包装工业领域中的应用必将受到很大的限制。 00。
6、04 焊接作为重要的材料连接方法之一， 通过加热、 加压或加热加压共同作用， 不仅在 宏观上形成了永久性接头， 在微观上也形成了原子间结合， 因此， 焊接具有良好的结构整体 性和可实现性。激光焊作为当今先进的制造连接技术之一， 是通过将高强度的激光束辐射 至材料表面， 通过材料与激光之间的相互作用， 使材料熔化形成连接的一种高效精密的焊 接方法。 和传统的焊接方法相比， 它具有输出功率大、 焊接速度快、 焊缝深宽比高， 具有很强 的可扩展性。相比其他传统的焊接方法， 激光焊在泡沫铝包装材料的焊接方面具有显著的 性能优势。但由于泡沫铝孔洞结构的存在， 在焊接过程中会导致其多孔结构在高温下不能 支。
7、持自身重量而产生塌陷。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种泡沫铝绿色包装材料的激光焊 接方法， 通过选择合适的焊缝填充材料， 使之在激光焊接过程中能克服泡沫铝多孔材料焊 接过程中孔洞结构的塌陷以及避免焊缝处密实结构的形成， 最终形成合格的连接接头， 满 足包装工业中对于泡沫铝连接的要求。 0006 本发明的目的通过下述技术方案予以实现 ： 0007 一种泡沫铝绿色包装材料的激光焊接方法， 在泡沫铝材料的焊缝处使用与泡沫铝 材料成分基本相同的铝合金作为焊缝填充材料， 进行激光焊接。 0008 其中所述工艺参数 ： 激光平均功率为 14001900w。 0009 离。
8、焦量为 -0.5-1.5mm。 说 明 书 CN 102672354 A 3 2/3 页 4 0010 焊速 （激光光束移动速度） 为 12cm/s。 0011 保护气体为惰性气体， 如氩气、 氦气或者氮气， 气体流量为 1012L/min。 0012 在本发明的技术方案中， 在焊缝处使用填充材料， 在焊接过程中避免泡沫铝多孔 结构的塌陷， 当材料在激光热源的作用下发生熔化， 凝固后形成了密实的焊缝组织， 较少破 坏泡沫铝材料本身的孔隙结构， 增加了焊缝处的结构密度， 提高了焊缝接头处的重量， 同时 也改变了焊接接头的性能。 附图说明 0013 图 1 为本发明技术方案的实施示意图， 其中 1。
9、 为铝合金填充材料， 2 为激光束， 3 为 泡沫铝多孔材料。 具体实施方式 0014 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。 0015 采用固体连续Nd:YAG激光器， 其型号为JK2003SM。 该激光器设备的技术参数如表 1 所示。 0016 表 1JK2003SM 激光器主要技术参数 0017 最大输出的平均功率 (W) 2000 输出的脉冲调制峰值功率 (W) 4000 光纤直径 (m) 600 脉冲频率 Modulation frequency(Hz) 100-1000 可调 光斑可调直径范围 (mm) 0.3-0.9 连续可调 0018 为了实现激光束与填充铝合金之间的相。
10、对运动， 从而达到焊接的目的， 采用的焊 接专机为多轴数控激光加工机床， 其型号为 ： TDJG-1。 0019 所使用的泡沫铝是以牌号为 ZL111 铝合金作为基体材料， 采用熔体发泡法制备得 到的， 该泡沫铝的结构特点为 ： 空洞周围为金属基体， 金属基体封闭为胞状 ； 体积较大的孔 洞与周围的金属基体形成近似为等轴的多面状胞状体。该泡沫铝的密度为 0.65103kg/ m3。为了使填充材料的成分和泡沫铝材料相同， 本发明选用 ZL111 铝合金作为焊缝填充材 料。ZL111 铝合金的化学成分如表 2 所示。 0020 表 2ZL111 铝合金的化学成分 （wt%） 0021 Si Mg 。
11、Ti Mn Cu Al 8.010.0 0.40.6 0.10.35 0.10.35 1.31.8 余量 0022 在激光焊接过程中， 离焦量是指激光束焦点距离工件表面的距离。定义焦点正好 位于工件表面时， 离焦量为 0， 定义激光束焦点位于工件表面以下则为负离焦， 定义激光束 说 明 书 CN 102672354 A 4 3/3 页 5 焦点位于工件表面以上， 为正离焦。 离焦量是个重要的工艺参数， 离焦量的大小直接影响了 激光束光斑作用在铝合金填充材料表面的大小， 从而使填充材料表面的激光辐照强度发生 变化。为了能得到激光深熔焊模式， 进而提高焊缝的深宽比， 选用负离焦量。具体的激光焊 接。
12、过程中的工艺参数如表 3 所示。 0023 表 3 样焊接工艺参数 0024 0025 0026 选取 2 块要进行激光对焊接的泡沫铝多孔材料， 将要对接的两块泡沫铝的结合面 进行机械加工， 保证两对接面的平行 ； 同时， 对两对接进行打磨， 去除泡沫铝表面的氧化物 ； 将 ZL111 铝合金填充材料进行打磨， 去除其表面氧化物 ； 运用定位夹具对泡沫铝多孔材料 和铝合金填充材料进行合理的固定， 保证在焊接过程中位置保持不变 ； 试验过程中， 选用激 光透镜的焦距为 160mm， 通过调节多轴数控激光加工机床， 改变激光光斑在填充材料表面上 的大小， 并对激光器的输出模式、 功率、 激光光束移。
13、动速度 （焊速） 和保护气体及流速进行设 置， 然后启动激光器， 开始焊接， 当激光束移动到填充材料末端后， 停止激光器， 完成了泡沫 铝多孔材料的焊接。 0027 对上述实施例进行焊接之后的材料进行性能测试， 根据 GB/T 2651-2008焊接接 头拉伸试验方法 ， 测得激光焊接泡沫铝多孔材料的对接接头抗拉强度值达到 3.0Mpa， 达到 了泡沫铝多孔材料本身的抗拉强度， 满足 GB/T 12467.2-2009 金属材料熔焊质量要求第 2 部分完整质量要求 。 0028 以上对本发明做了示例性的描述， 应该说明的是， 在不脱离本发明的核心的情况 下， 任何简单的变形、 修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均 落入本发明的保护范围。 说 明 书 CN 102672354 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102672354 A 6 。