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适用于异种材料对接的 电弧辅助激光熔钎焊方法

阅读：556发布：2020-05-22

专利汇可以提供适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其目的是实现铝 / 钢异种材料的优质连接，其步骤为：（1）用丙酮清洗被焊板材以去除其表面油污，用机械打磨法去除铝或铝合金板材表面氧化膜；（2）将铝或铝合金板和钢板以对接方式固定在开了成形槽的焊接夹具上，使得接头处于成形槽上方；（3）在助熔剂和混合均匀的填充粉末中分别加入丙酮，搅拌后依次涂敷在铝或铝合金焊道表面；（4）激光束与其后面的辅助电弧保持同步移动进行焊接。，下面是适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）用丙酮清洗被焊板材以去除其表面油污，用机械打磨法去除铝或铝合金板材表面氧化膜；
（2）将铝或铝合金板和钢板以对接方式固定在开了成形槽的焊接夹具上，使得接头处于成形槽上方；
（3）在助熔剂和混合均匀的填充粉末中分别加入丙酮，搅拌后依次涂敷在铝或铝合金焊道表面；
（4）激光束与其后面的辅助电弧保持同步移动进行焊接。
2.根据权利要求1所述的适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于铝或铝合金板材厚度大于钢板厚度。
3.根据权利要求1所述的适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于对接间隙小于1mm。
4.根据权利要求1所述的适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于激光功率为电弧功率的2～5倍。
5.根据权利要求1所述的适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于采用的电弧焊设备为交流TIG焊机。
6.根据权利要求1所述的适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于TIG焊枪连接到激光沿焊接方向的后方。
7.根据权利要求1所述的适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于激光与电弧热源中心距离为5～50mm。
8.根据权利要求1所述的适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于焊接的工艺参数：激光功率0.6～4KW，焊接速度5～30mm/s，离焦量-2～+2mm，电弧电流10～40A，电弧电压12～43V,弧长2～6mm,激光、电弧保护气体流量5～20L/min。
9.根据权利要求6所述的适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，其特征在于所述的TIG焊枪的轴心线与水平面成30°～90°夹角。

说明书全文

适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法

技术领域

[0001] 本发明涉及异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊技术，属于焊接领域。

背景技术

[0002] 随着汽车行业的发展，铝/钢一体化结构的需求不断增加。铝/钢一体化结构充分发挥各自的优势，实现结构轻量化，具有良好的经济效益，对促进国民经济，尤其是汽车行业的发展是至关重要的。但由于铝和钢的物理或化学性能差异较大，焊接时极易出现裂纹、熔合不良等缺陷，因此，铝/钢异种金属的优质、高效焊接是材料制造领域的一项技术性难题。

[0003] 近年来，国内外众多学者对钢板、铝合金板等同种金属之间的激光焊工艺进行了研究，但对异种金属之间的激光焊研究才刚刚起步。由于铝/钢熔化焊得到的接头会产生大量的Al-Fe金属间化合物，这些金属间化合物的存在会严重影响接头的性能，使得钢和铝合金之间的焊接性变差。因此，关于铝/钢熔化焊的研究相对较少，大量的研究主要集中在铝/钢的扩散焊、钎焊和摩擦焊等方面，由于这些焊接方法应用范围的局限性，不能满足汽车等行业大批量高效率生产的需求，因而，铝/钢异种金属的熔钎连接成为当前铝/钢焊接的热门研究方向。

[0004] 目前，铝/钢熔钎焊所用的焊接热源主要是激光、激光与电弧复合及电弧。激光相对于电弧来说具有更快的加热与冷却速度，可有效地减少钎焊接头的液态金属与固态金属的相互作用时间，降低金属间化合物的生长倾向；另外，激光的能量密度更为集中，能够迅速地使所填充的金属熔化；激光的加热位置不受外界和异种金属物理性能差异的影响，可实现对熔化位置的精确控制。由于激光熔钎焊所具有的优势，该方法已引起国内外研究者的极大兴趣。有学者采用填加金属粉末方法实现了铝/钢异种金属的激光熔钎搭焊连接，但铝/钢激光熔钎焊时，激光热源过于集中，使得液态金属的浸润与铺展受到制约，特别是在铝/钢薄板对接焊缝时问题更为突出，难以获得合格接头。

发明内容

[0005] 本发明的目的是实现铝/钢异种材料的优质连接。

[0006] 本发明是适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，包括以下步骤：（1）用丙酮清洗被焊板材以去除其表面油污，用机械打磨法去除铝或铝合金板材表面氧化膜；
（2）将铝或铝合金板和钢板以对接方式固定在开了成形槽的焊接夹具上，使得接头处于成形槽上方；
（3）在助熔剂和混合均匀的填充粉末中分别加入丙酮，搅拌后依次涂敷在铝或铝合金焊道表面；
（4）激光束与其后面的辅助电弧保持同步移动进行焊接。

[0007] 本发明的有益效果是通过引入小功率辅助电弧，使得激光作用下的铝/钢熔钎焊温度场分布更有利于液态铝向钢侧的浸润及铺展，为异种金属对接焊提供新方法新工艺，同时采用添加合金材料或过渡层方法提高液态金属的润湿铺展性能，改善焊缝成形,提高接头性能,最终实现铝/钢异种金属优质的对接接头。附图说明

[0008] 图1是异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法示意图，图2为第一工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，图3为第一工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图，图4为第二工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，图5为第二工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图，图6为第三工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，图7为第三工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图，图8为第四工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，图9为第四工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图，图10为第五工况的5A02铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，图11为第五工况的5A02铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图，附图标记及名称为：激光束1，TIG电弧2，保护气体3，助熔剂及粉末4，钢板5，铝系板材6。

具体实施方式

[0009] 针如图1所示，本发明提出异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，具体是通过电弧辅助激光热源来实现铝/钢异种材料连接的新工艺，该方法是在激光光束的后方一定距离处添加一小功率辅助电弧，电弧与激光分离（不复合）且同步移动。通过辅助电弧来改变焊接过程的温度场分布，改善液态金属的浸润铺展性能，获得铝/钢异种金属的优质连接。

[0010] 本发明是适用于异种材料对接的电弧辅助激光熔钎焊方法，包括以下步骤：（1）用丙酮清洗被焊板材以去除其表面油污，用机械打磨法去除铝或铝合金板材表面氧化膜；
（2）将铝或铝合金板和钢板以对接方式固定在开了成形槽的焊接夹具上，使得接头处于成形槽上方；
（3）在助熔剂和混合均匀的填充粉末中分别加入丙酮，搅拌后依次涂敷在铝或铝合金焊道表面；
（4）激光束与其后面的辅助电弧保持同步移动进行焊接。

[0011] 根据以上所述的方法，铝或铝合金板材厚度大于钢板厚度。

[0012] 根据以上所述的方法，对接间隙小于1mm。

[0013] 根据以上所述的方法，激光功率为电弧功率的2～5倍。

[0014] 根据以上所述的方法，采用的电弧焊设备为交流TIG焊机。

[0015] 根据以上所述的方法，TIG焊枪连接到激光沿焊接方向的后方。

[0016] 根据以上所述的方法，激光与电弧热源中心距离为5～50mm。

[0017] 根据以上所述的方法，焊接的工艺参数：激光功率0.6～4KW，焊接速度5～30mm/s，离焦量-2～+2mm，电弧电流10～40A，电弧电压12～43V,弧长2～6mm,激光、电弧保护气体流量5～20L/min。

[0018] 根据以上所述的方法，所述的TIG焊枪的轴心线与水平面成30°～90°夹角。

[0019] 用于以上所述的方法的填充粉末，按重量百分比计，其组分为：Mg 5～8%，Si 1～3%，Mn 1～3%，Zn 5～10%，B 0.5～1%，其余为Al。

[0020] 以5A06、5A02铝合金与镀锌钢板ST04Z为例施焊，采用激光器和TIG焊机进行焊接，施焊时助熔剂用铝气焊溶剂（主要成分KCl、NaCl、LiCl、NaF等，熔点约560℃）。

[0021] 用5A06、5A02铝合金与镀锌钢板ST04Z进行对接试验，铝合金板与镀锌钢板的规格分别为150mm×50mm×2mm和150mm×50mm×1mm。实验可获得成型美观、性能优良的焊缝。最大抗拉强度为163Mpa，达到母材抗拉强度的70%以上。

[0022] 如图1所示，铝合金板中心面与镀锌钢板中心面处于同一水平面不留间隙或间隙为0～1mm进行装配，交流TIG电弧与激光束保持同步沿对接头处移动，保护气喷嘴3与光束夹角30°～60°，保护气体为氩气，填充粉末以遮盖铝合金焊道表面光泽为宜。

[0023] 图2为第一工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，激光功率P=0.6kw，焊接速度v=5mm/s，离焦量f=-2mm,电弧电流I=10A，电弧电压U=12V，弧长d=2mm,热源间距D=5mm,TIG焊枪与水平面成30°夹角，激光、电弧保护气流量为5L/min。

[0024] 图3为第一工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图。

[0025] 图4为第二工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，激光功率P=1.2kw，焊接速度v=10mm/s，离焦量f=-2mm,电弧电流I=20A，电弧电压U=19V，弧长d=3mm,热源间距D=10mm，TIG焊枪与水平面成60°夹角，激光、电弧保护气流量为15L/min。

[0026] 图5为第二工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图。

[0027] 图6为第三工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，激光功率P=1.2kw，焊接速度v=10mm/s，离焦量f=+2mm,电弧电流I=18A，电弧电压U=16V，弧长d=3mm，热源间距D=15mm，TIG焊枪与水平面成60°夹角，激光、电弧保护气流量为15L/min。

[0028] 图7为第三工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图。

[0029] 图8为第四工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，激光功率P=1.2kw，焊接速度v=10mm/s，离焦量f=0mm,电弧电流I=18A，电弧电压U=16V，弧长d=3mm，热源间距D=20mm，TIG焊枪与水平面成60°夹角，激光、电弧保护气流量为15L/min。

[0030] 图9为第四工况的5A06铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图。

[0031] 图10为第五工况的5A02铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，激光功率P=4kw，焊接速度v=30mm/s，离焦量f=+2mm,电弧电流I=40A，电弧电压U=43V，弧长d=6mm，热源间距D=50mm，TIG焊枪与水平面成90°夹角，激光、电弧保护气流量为20L/min。

[0032] 图11为第五工况的5A02铝合金与镀锌钢电弧辅助激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图。

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