[發明專利]鎂與鋼異種金屬超音頻脈沖激光熔釬焊接焊絲及焊接方法

有效

• 申請號: 201210179683.2
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102699535A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 苗玉剛;韓端鋒;封小松;姚競爭
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B23K26/32
• 分類號: B23K26/32;B23K35/28;B23K103/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種焊接材料，本發明也涉及一種焊接方法。

背景技術

鎂及鎂合金作為金屬中最輕的工程結構材料，具有高比強度、高尺寸穩定性、高阻尼減震性以及易回收利用等特點，被譽為“21世紀綠色工程材料”。鎂和鋼形成的復合結構具有輕質高強、能量吸收、屏蔽性好等一系列優異性能，在汽車、航空航天、電子通訊等領域中得到廣泛應用。例如，在航天飛行器設計中，采用鎂-鋼復合結構可兼顧整體減重與局部承載增強的要求，這種復合結構對于航空航天關鍵構件是一種發展趨勢；在汽車工業中，同樣對鎂和鋼的復合結構提出了應用需求。此外，鎂-鋼復合構件在深空探測、探月工程、高速列車以及大型船舶等領域也具有重大潛在的使用價值。而鎂/鋼異種材料連接技術問題的解決，則是該復合結構獲得工業應用的前提。

基于鎂-鋼復合結構的性能優勢，目前國內外學者在鎂-鋼異種材料連接方面開展了大量的研究工作，但尚存在以下不足：

1）鎂-鋼異種金屬的連接多局限于固相連接方面：如擴散焊、攪拌摩擦焊、電阻點焊等，這些方法易受工件形狀和尺寸的限制，且效率低，難以滿足大批量生產需求。

2）現有的鎂-鋼熔（釬）焊連接方法未能有效解決兩者的焊接問題：針對兩者熔點差異大、互溶度小、無中間反應相生成的問題，目前多通過中間箔層或鍍層方式來解決，但焊接過程中間層材料的流失和鎂合金的氧化問題是一個難以克服的本質缺陷。目前尚未開發出具有實用價值的熔焊或熔釬焊方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠改善潤濕性的鎂與鋼異種金屬超音頻脈沖激光熔釬焊接焊絲。本發明的目的還在于提供一種適用于熔點差異大、互溶度小、無中間反應相生成的異種金屬之間焊接的鎂與鋼異種金屬超音頻脈沖激光熔釬焊接方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的鎂與鋼異種金屬超音頻脈沖激光熔釬焊接焊絲的重量百分比組成為：Al:2-10%、Zn:0.5-5%、Sr:0.1-1%、B:0.05-0.2%、RE:0.5-2%，余量為Mg。

本發明的鎂與鋼異種金屬超音頻脈沖激光熔釬焊接焊方法為：

步驟1：在鎂合金和鋼工件的待焊部位加工出坡口，并除去工件表面的油污和氧化膜；

步驟2：將鎂合金和鋼工件固定在焊接夾具上，調節送絲裝置的位置和角度，焊絲從激光束前方以一定角度自動送入，并利用氬氣對焊縫進行保護；

步驟3：將激光束稍偏置于鎂合金工件一側，利用超音頻脈沖激光加熱焊絲及鎂合金工件形成熔池，而鋼工件在焊接過程中基本維持固態，與液態鎂合金相互作用形成釬焊接頭。

本發明的方法還可以包括：

1、所述超音頻脈沖激光脈沖的頻率在20kW-50kW，功率P在1kW-10kW。

2、焊接速度為0.1m/min-10m/min。

3、焊絲直徑在0.8-2.0mm之間，送絲速度為0.5m/min-10m/min。

4、所述調節送絲裝置的位置和角度是使焊絲與工件的夾角θ為15°-45°。

5、所述焊絲從激光束前方以一定角度自動送入是使激光頭與工件的夾角Φ為80°-100°。

6、鎂合金和鋼工件的待焊部位對接，在鎂合金和鋼工件的待焊部位加工出的坡口為V形坡口。

7、鎂合金和鋼工件的待焊部位搭對接，在鎂合金和鋼工件的待焊部位加工出的坡口為Y形坡口。

針對已有技術中存在的問題，本發明提出一種基于添加合金元素的超音頻脈沖激光熔釬焊焊絲及焊接方法。焊接時，通過在鎂釬料中添加合金元素（如Al、B、Sr、RE等）來調控界面反應，改善釬料潤濕性；同時利用脈沖激光加熱釬料及鎂合金母材形成熔池，一方面，具有高度聚焦能量的激光能夠在瞬間氣化熔池金屬；另一方面，鎂元素較低的沸點（1090℃）強化了激光的瞬間氣化能力。因此，在激光輻照熔池期間將會產生瞬間的材料蒸發，蒸發反沖力作用于熔池金屬形成機械振蕩，當脈沖激光頻率與振蕩能量達到超聲頻率時，這種機械振蕩將在熔池內部形成空化作用（產生無數高壓空化泡并隨時爆破）。這種空化作用將在鎂/鋼界面上產生細微局部高壓轟擊，這一方面將有效去除鋼表面的氧化膜、降低熔融金屬表面能從而改善釬料潤濕鋪展效果；另一方面這種空化作用將極大影響接頭冶金過程，起到細化晶粒和均勻組織兩種效果，因為空化作用將改變熔池金屬結晶狀態并對界面金屬間化合物層有均勻化處理效果。本發明對解決制約Mg/Fe、Mg/Ti非互溶異質金屬焊接質量提高的關鍵和共性問題，擴展激光熔釬焊接的應用范圍，具有重要的理論意義和工程應用價值。