[發明專利]激光-電弧雙面焊接調控異種材料搭接接頭金屬間化合物方法

無效

• 申請號: 201110003915.4
• 申請日: 2011-01-10
• 公開（公告）號: CN102029476A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 李俐群;陳彥賓;趙耀邦
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及異種材料搭接焊接方法。

背景技術

隨著新材料、新工藝的發展，異種材料的復合結構在航空、航天和汽車等工業領域具有巨大的應用潛力，而實現異種材料的復合結構廣泛應用首當其沖地就是要解決異種材料的焊接問題。理想的條件是兩種材料有完全的互溶性，形成固溶體。而在很多情況下由于被焊的兩種材料物理、化學性質的差異較大，會產生脆性的金屬間化合物或共晶體，難以獲得力學性能優良的焊接接頭。

對于物理、化學性能差異比較大的異種材料來說，一方面界面處生成金屬間化合物起到連接兩種材料載體的作用，只有具備一定厚度的反應層才能夠形成有效的焊接接頭，另一方方面反應層厚度太大時，力學性能惡化，因此控制適當的界面層厚度是實現異種材料焊接的關鍵問題。

發明內容

本發明要解決異種材料搭接焊接時生成金屬間化合物厚度不容易控制，造成接頭力學性能較差的技術問題；而提供了激光-電弧雙面焊接調控異種材料搭接接頭金屬間化合物方法。

本發明中激光-電弧雙面焊接調控異種材料搭接接頭金屬間化合物方法如下：在異種材料的搭接接頭間預置釬料，然后將激光束與電弧分別置于搭接接頭的兩側同時對稱加熱焊接，其中低熔點材料一側激光束深熔焊，高熔點材料一側電弧釬料釬焊焊接。

本發明方法激光束置于低熔點一側深熔焊，與釬料實現熔焊，電弧置于高熔點一側熱導焊，與釬料實現釬焊；通過控制激光、電弧二者共同作用的下的能量匹配來實現最優的中間層反應厚度，獲得優異的接頭性能；采用電弧在材料的另一側加熱作用，改善單一激光焊的熱循環，能夠的延緩激光焊冷卻時間，有利于改善焊縫組織、減少焊接裂紋以及焊縫氣孔等缺陷。由于激光、電弧同時對稱加熱，有利于減少焊接殘余應力和減少焊接變形。

附圖說明

圖1是本發明焊接方法示意圖；圖2是具體實施方式五方法的接頭形貌圖；圖3是具體實施方式五中激光焊的接頭形貌圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式中激光-電弧雙面焊接調控異種材料搭接接頭金屬間化合物方法如下：在異種材料的搭接接頭間預置釬料，然后將激光束與電弧分別置于搭接接頭的兩側同時對稱加熱焊接，其中低熔點材料一側激光束深熔焊，高熔點材料一側電弧釬料釬焊焊接。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述釬料為焊絲或中間層。其它步驟和參數與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：激光束的類型為CO₂氣體激光束、YAG固體激光束、半導體激光束或光纖激光束。其它步驟和參數與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述電弧為非熔化極電弧。其它步驟和參數與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式對2mm厚Ti-6Al-4V鈦合金和2mm厚5A06鋁合金搭接焊接，采用Al-12Si近共晶焊絲作為填充材料，采用CO₂激光，激光功率為900W，矩形光斑，離焦量為0，鎢極氬弧焊電壓為15V，電流80A，弧長4mm，鎢極角度為45度，長度為2mm，氬氣保護氣流為12L/min，焊接速度為1m/min，激光焊接鋁合金一側，電弧焊接鈦合金一側(參見圖1)，采用所述參數，通過調整激光功率、光斑形式、離焦量等激光參數和電弧電壓、電流、弧長、鎢極形狀及長度等電弧參數來控制激光和電弧的熱輸入，在上述參數的調控下獲得最佳力學性能的反應層厚度(最佳的焊接工藝參數)，獲得的反應層金屬間化合物層的厚度在6μm以下(參見圖2)，剪切力可達300N/mm。而采用常規CO₂激光直接焊接(焊接條件為：激光功率為1100W，矩形光斑，離焦量為0，焊接速度為1mm/min)獲得金屬間化合物厚度(參見圖3)遠遠大于激光-電弧雙面焊接這種方法，達幾十個μm，剪切力只有200N/mm，小于激光-電弧雙面焊接這種方法。