[發明專利]在鋁薄板與鋼薄板之間填粉激光焊接方法

無效

• 申請號: 201110030734.0
• 申請日: 2011-01-28
• 公開（公告）號: CN102091873A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 石巖;劉佳;張宏;劉雙宇
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: B23K26/24
• 分類號: B23K26/24;B23K26/32;B23K35/12
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及一種在鋁薄板與鋼薄板之間填粉激光焊接方法，實現兩種薄板金屬工件的良好焊接，屬于激光焊接技術領域。

背景技術

通過焊接獲得異種金屬結構，如鋁-鋼結構。然而，由于異種金屬之間熱膨脹系數、熱傳導率、比熱及熔點等物理性能差異較大，另外，由于異種金屬間極易反應生成脆性金屬間化合物，或者說焊接接頭存在脆性相，導致焊接接頭力學性能嚴重惡化。尤其鋁與鋼的焊接，主要合金元素間的固溶度很低、熱物理性能差異很大，兩者間更容易發生反應生成脆性金屬間化合物，焊接接頭的力學性能如抗拉強度、剪切強度很差。申請號為200810063869.5的一件名稱為“一種焊絲和其應用于鋁及鋁合金與鋼焊接的方法”的中國專利申請公開了一項方案，焊料以Al、Si為基礎，加入合金元素Cu、Mn、Zn及微量元素B、Zr、La，制成焊絲，焊接熱源為電弧，在焊接過程中，在鋁材一側發生熔焊，同時在鋼材一側發生釬焊，通過合金元素的相互作用來控制脆性金屬間化合物的產生，從根源上抑制焊接接頭脆性相的產生。該方法雖然解決了在異種金屬焊接過程中會生成脆性金屬間化合物的問題，但是，電弧的能量很難控制，如果鋁材一側輸入熱量過多，則溫度過高，產生回火脆性現象，降低了焊接接頭的強度。另外，在焊接過程中還會出現焊絲堵絲現象。所述技術問題對于厚度小于4mm的薄板來說會更嚴重，因為，在薄板之間熱量更加不易適度施加，焊錫越細越易堵絲。

發明內容

在避免在異種金屬焊接過程中會生成脆性金屬間化合物的前提下，得以在不同金屬上施熱適度，消除堵絲現象，使得焊接過程順利進行，我們發明了一種在鋁薄板與鋼薄板之間填粉激光焊接方法。

本發明焊接工件為鋁板材和鋼板材，在同一平面上對接但留有間隙，接縫處各開坡口，采用Al-Si焊料，并加入合金元素Cu、Mn、Zn，其特征在于，鋁板材和鋼板材分別為鋁薄板和鋼薄板，厚度均在1～4mm之間確定，將Al-Si焊料制成粉末，在焊接過程中，在由鋁薄板和鋼薄板各自坡口夾成的溝槽中添加粉末狀Al-Si焊料，鋁薄板和鋼薄板一同行走，同時以激光為焊接熱源施焊。

本發明其技術效果在于，采用激光為焊接熱源，而激光能量集中，因可控因素多而加工柔性好，如激光功率、激光離焦量、焊接速度等均能夠精確調整，從而能夠實現焊接熱源在不同材質的工件上適度施加，因此，尤其能夠防止鋁材一側過度加熱。粉末狀焊料與絲狀焊料即焊絲相比，其添加方式為徐徐落入，焊頭焊料出口處的焊料不會發生熔化，因而不會發生焊料出口堵塞現象。粉末狀焊料其配比能夠靈活調整，使得本發明還能夠適應小批量、多品種工件的焊接。所述技術效果在異種材質薄板工件的焊接中表現更為突出。另外，焊接接頭表面平整，無明顯變形。

附圖說明

圖1是本發明之在鋁薄板與鋼薄板之間填粉激光焊接方法示意圖，該圖兼作為摘要附圖。圖2是本發明之在鋁薄板與鋼薄板之間填粉激光焊接方法焊接工件形狀、尺寸及相互位置示意圖。

具體實施方式

實施例一：見圖1、圖2所示，一種焊接工件鋁薄板1材質為A6111-T4鋁合金，厚度a為1mm，坡口角α為30±5°；另一種焊接工件鋼薄板2材質為JSC270CC低碳鋼，厚度b為1mm，坡口角β為45±5°。焊接區的清洗：采用細砂紙和丙酮先后對兩種焊接工件的坡口進行清理和清洗，去除坡口表面的氧化皮和油污。將所述兩種焊接工件在同一平面銅熱沉3上對接，但留有0.8mm的間隙h。采用Al-Si焊料，其重量配比為：Al：86.46～89.83％，Si：7.0％～8.5％，Cu：2.2％～3.5％，Mn：0.8％～1.2％，Zn：0.1％～0.2％，B：0.08％～0.14％，Zr：0.06％～0.12％，La：0.03％～0.08％；將所述Al-Si焊料制成粉末得到粉末狀Al-Si焊料4。在焊接過程中，在由鋁薄板1和鋼薄板2各自坡口夾成的溝槽中添加粉末狀Al-Si焊料4，鋁薄板1和鋼薄板2一同行走，同時以激光5為焊接熱源施焊，保護氣體6環繞粉末狀Al-Si焊料4。所述保護氣體6是流量為10l/min的He與流量為15l/min的Ar的混合氣體。三通道同軸焊頭7中心錐孔通激光5，第二環形錐孔通粉末狀Al-Si焊料4，第三環形錐孔通保護氣體6，保護氣體6在徐徐下落的粉末狀Al-Si焊料4粉流外側形成一個保護氣簾，起到保護焊接區域和匯聚粉流的作用。

實施例二：見圖1、圖2所示，一種焊接工件鋁薄板1材質為5052-H34鋁合金，厚度a為4.0mm，坡口角α為30±10°；另一種焊接工件鋼薄板2材質為SUS301L奧氏體不銹鋼，厚度b為4mm，坡口角β為45±10°。在Al-Si焊料重量配比中，Zn的加入量為0.8％～1.0％。將所述兩種焊接工件在同一平面銅熱沉3上對接，但留有1.2mm的間隙h。其他工藝條件及步驟與實施例一相同。