[發(fā)明專利]適用于異種材料對(duì)接的電弧輔助激光熔釬焊方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410274723.0
• 申請(qǐng)日: 2014-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN104014934A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊丁;王斌;黃健康;余淑榮;李春玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/348
• 分類號(hào): B23K26/348
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責(zé)任公司 62102
• 代理人: 董斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及異種材料對(duì)接的電弧輔助激光熔釬焊技術(shù)，屬于焊接領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，鋁/鋼一體化結(jié)構(gòu)的需求不斷增加。鋁/鋼一體化結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)，尤其是汽車行業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的。但由于鋁和鋼的物理或化學(xué)性能差異較大，焊接時(shí)極易出現(xiàn)裂紋、熔合不良等缺陷，因此，鋁/鋼異種金屬的優(yōu)質(zhì)、高效焊接是材料制造領(lǐng)域的一項(xiàng)技術(shù)性難題。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)鋼板、鋁合金板等同種金屬之間的激光焊工藝進(jìn)行了研究，但對(duì)異種金屬之間的激光焊研究才剛剛起步。由于鋁/鋼熔化焊得到的接頭會(huì)產(chǎn)生大量的Al-Fe金屬間化合物，這些金屬間化合物的存在會(huì)嚴(yán)重影響接頭的性能，使得鋼和鋁合金之間的焊接性變差。因此，關(guān)于鋁/鋼熔化焊的研究相對(duì)較少，大量的研究主要集中在鋁/鋼的擴(kuò)散焊、釬焊和摩擦焊等方面，由于這些焊接方法應(yīng)用范圍的局限性，不能滿足汽車等行業(yè)大批量高效率生產(chǎn)的需求，因而，鋁/鋼異種金屬的熔釬連接成為當(dāng)前鋁/鋼焊接的熱門研究方向。

目前，鋁/鋼熔釬焊所用的焊接熱源主要是激光、激光與電弧復(fù)合及電弧。激光相對(duì)于電弧來(lái)說(shuō)具有更快的加熱與冷卻速度，可有效地減少釬焊接頭的液態(tài)金屬與固態(tài)金屬的相互作用時(shí)間，降低金屬間化合物的生長(zhǎng)傾向；另外，激光的能量密度更為集中，能夠迅速地使所填充的金屬熔化；激光的加熱位置不受外界和異種金屬物理性能差異的影響，可實(shí)現(xiàn)對(duì)熔化位置的精確控制。由于激光熔釬焊所具有的優(yōu)勢(shì)，該方法已引起國(guó)內(nèi)外研究者的極大興趣。有學(xué)者采用填加金屬粉末方法實(shí)現(xiàn)了鋁/鋼異種金屬的激光熔釬搭焊連接，但鋁/鋼激光熔釬焊時(shí)，激光熱源過(guò)于集中，使得液態(tài)金屬的浸潤(rùn)與鋪展受到制約，特別是在鋁/鋼薄板對(duì)接焊縫時(shí)問(wèn)題更為突出，難以獲得合格接頭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)鋁/鋼異種材料的優(yōu)質(zhì)連接。

本發(fā)明是適用于異種材料對(duì)接的電弧輔助激光熔釬焊方法，包括以下步驟：

（1）用丙酮清洗被焊板材以去除其表面油污，用機(jī)械打磨法去除鋁或鋁合金板材表面氧化膜；

（2）將鋁或鋁合金板和鋼板以對(duì)接方式固定在開了成形槽的焊接夾具上，使得接頭處于成形槽上方；

（3）在助熔劑和混合均勻的填充粉末中分別加入丙酮，攪拌后依次涂敷在鋁或鋁合金焊道表面；

（4）激光束與其后面的輔助電弧保持同步移動(dòng)進(jìn)行焊接。

本發(fā)明的有益效果是通過(guò)引入小功率輔助電弧，使得激光作用下的鋁/鋼熔釬焊溫度場(chǎng)分布更有利于液態(tài)鋁向鋼側(cè)的浸潤(rùn)及鋪展，為異種金屬對(duì)接焊提供新方法新工藝，同時(shí)采用添加合金材料或過(guò)渡層方法提高液態(tài)金屬的潤(rùn)濕鋪展性能，改善焊縫成形,提高接頭性能,最終實(shí)現(xiàn)鋁/鋼異種金屬優(yōu)質(zhì)的對(duì)接接頭。

附圖說(shuō)明

圖1是異種材料對(duì)接的電弧輔助激光熔釬焊方法示意圖，圖2為第一工況的5A06鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的正面形貌圖，圖3為第一工況的5A06鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的背面形貌圖，圖4為第二工況的5A06鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的正面形貌圖，圖5為第二工況的5A06鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的背面形貌圖，圖6為第三工況的5A06鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的正面形貌圖，圖7為第三工況的5A06鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的背面形貌圖，圖8為第四工況的5A06鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的正面形貌圖，圖9為第四工況的5A06鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的背面形貌圖，圖10為第五工況的5A02鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的正面形貌圖，圖11為第五工況的5A02鋁合金與鍍鋅鋼電弧輔助激光對(duì)接熔釬焊焊縫的背面形貌圖，附圖標(biāo)記及名稱為：激光束1，TIG電弧2，保護(hù)氣體3，助熔劑及粉末4，鋼板5，鋁系板材6。

具體實(shí)施方式

針如圖1所示，本發(fā)明提出異種材料對(duì)接的電弧輔助激光熔釬焊方法，具體是通過(guò)電弧輔助激光熱源來(lái)實(shí)現(xiàn)鋁/鋼異種材料連接的新工藝，該方法是在激光光束的后方一定距離處添加一小功率輔助電弧，電弧與激光分離（不復(fù)合）且同步移動(dòng)。通過(guò)輔助電弧來(lái)改變焊接過(guò)程的溫度場(chǎng)分布，改善液態(tài)金屬的浸潤(rùn)鋪展性能，獲得鋁/鋼異種金屬的優(yōu)質(zhì)連接。

本發(fā)明是適用于異種材料對(duì)接的電弧輔助激光熔釬焊方法，包括以下步驟：

（1）用丙酮清洗被焊板材以去除其表面油污，用機(jī)械打磨法去除鋁或鋁合金板材表面氧化膜；