[發明專利]一種無釬劑激光填粉焊接鋁鋼異種金屬接頭的方法

無效

• 申請號: 201110240318.3
• 申請日: 2011-08-19
• 公開（公告）號: CN102407404A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 肖榮詩;趙旭東
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20;B23K26/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種無釬劑激光填粉焊接鋁鋼異種金屬接頭的方法，屬于高功率激光加工技術領域。

背景技術

為制造更環保更安全的汽車，生廠商采用輕合金與鋼的混合結構來制造汽車的主要結構部件。對于汽車行業來說，采用焊接仍是一種經濟合理的方式：焊接接頭不僅有較高的接頭強度，可以保證汽車的安全性能；還可以節省原材料，降低整車自重，使汽車更環保。綜合考慮各項要求，汽車行業中異種金屬的連接將以焊接為主。對于汽車制造業中廣泛應用的6×××系列鋁合金和鍍鋅鋼板來說，焊接接頭中的脆性金屬間化合物是影響焊接接頭性能的主要原因。此外由于兩種金屬的物理化學性能差異，使其在焊接過程中會出現低熔點材料的流失、合金元素的燒損或蒸發比較嚴重，以及焊接裂紋。因此，熔焊方法不適用于鋁鋼異種金屬接頭的焊接。研究人員采用固相焊和釬焊的方法進行了研究。近年來，攪拌摩擦焊、激光焊等熱門手段也開始用于鋁鋼異種金屬的焊接。

對于鋁鋼異種金屬的焊接來說，影響接頭質量的主要因素是焊縫中的脆性金屬間化合物以及鋁合金對鋼表面的浸潤性。采用激光來焊接鋁鋼異種金屬的方式主要分為熔化焊、熔釬焊以及滾壓焊。熔化焊的焊接效率較高，但焊縫中生成的金屬間化合物較多，焊縫質量控制難度較大。滾壓焊對薄帶的焊接有明顯優勢且焊縫質量較高，但對于板材的焊接則有一定的局限。目前研究最廣泛、最具有應用前景的是熔釬焊方法。這種方法的原理是將熔點較低的鋁合金熔化并使其鋪展在熔點較高的鋼材表面，形成釬焊連接接頭，這種接頭中的脆性金屬間化合物層厚度較薄。為改善接頭質量，常采用Al-Si焊絲或Al-Zn焊絲添加材料。目前解決界面浸潤性問題的方法是采用Nocolok釬劑。這種釬劑的主要成分是氟鋁酸鉀，屬于無機氟化學品。在焊接加熱過程中，會釋放出有毒氣體，造成環境污染。基于環保的考量，釬劑的使用將會受到限制。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明提供了一種無釬劑激光填粉焊接鋁鋼異種金屬接頭的方法。在不采用任何釬劑的情況下，采用本發明所提出的方法對難以進行熔化焊連接的鋁鋼異種金屬薄板實現優質、高效的連接。

鋁合金與鍍鋅鋼板的熔點存在一定的差異，通過選擇一種熔點與鋁合金接近而又能浸潤鍍鋅鋼板的焊接填充材料，并輔以同步送粉技術進行焊接。在保證鍍鋅鋼板不發生熔化的前提下，使熔化的鋁合金與釬料在鍍鋅鋼板表面鋪展，與之形成釬焊連接接頭。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。采用激光填粉焊接的方法和同步送粉技術；接頭布置形式為鋁板在上，鍍鋅鋼板在下，并在兩層板之間平鋪一層釬料；調整激光光斑的尺寸以及粉末束的尺寸，使兩者相當，以及粉末束與激光光斑的相互位置關系；采用優化的填粉焊接工藝參數進行焊接；

具體包括以下步驟：

1).選擇適當的填充釬料(2)，使其能與鋁合金(1)形成熔化焊連接，又能在鍍鋅鋼板(3)表面浸潤，形成釬焊連接；

2).接頭布置形式為搭接，鋁合金(1)在上，鍍鋅鋼板(2)在下，將釬料(2)放置在鋁合金(1)和鍍鋅鋼板(3)之間，并用夾具加緊；

3).將激光光斑(4)作用在搭接位置的鋁合金(1)上，調整激光束的位置使其在被焊工件上的光斑尺寸與粉末束尺寸相當；

4).調節粉末束(5)在被焊工件上作用位置，將其前半部分放置在激光光斑(4)的后半部分中。

5).在保護氣為氬氣條件下，通過對激光光斑(4)的尺寸、激光功率和焊接速度的調節，獲得適當的焊接工藝參數范圍，使得在保證不熔化鍍鋅鋼板(3)的前提下，使鋁合金(1)和釬料(2)一側熔化并與鍍鋅鋼板(3)浸潤形成釬焊連接。

激光填粉焊接鋁鋼異種接頭屬于熔釬焊。焊接時鋁合金(1)和釬料(2)一側熔化，二者熔合為一體；與不熔化的鍍鋅鋼板(3)一側形成釬焊連接接頭。因此，釬料的選擇應當考慮與鍍鋅鋼板(3)和鋁合金(1)的匹配，也就是要求釬料既能與鋁合金(1)熔合，同時又能作為鍍鋅鋼板(3)的釬料。對于汽車工業常采用的6×××系列鋁合金和鍍鋅鋼板來說，填充粉末和釬料可以采用Al-Si共晶合金。

在本發明的無釬劑激光填粉焊接鋁鋼異種金屬接頭技術中，激光束經散焦或整形以獲得一定尺寸的光斑。送粉束的尺寸要與激光光斑的尺寸相匹配。填充粉末的加入不僅可以增加激光的有效利用率，并能有效抑制鋁合金的焊接熱裂紋。鋁合金板材熔化后，熱量通過熱傳導作用擴散至釬料。釬料熔化后與鋁合金母材一起鋪展在鍍鋅鋼板表面，形成釬焊連接接頭。