[發明專利]一種異種金屬材料的激光焊接方法

在審

• 申請號: 202010727586.7
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111975202A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 魯金忠;劉嘉俊;薛凱寧;吳潤寶;羅開玉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K26/24
• 分類號: B23K26/24;B23K26/352;B23K26/60;B23K103/18
• 代理公司: 暫無信息
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本發明涉及激光加工領域，具體涉及一種異種金屬材料的激光焊接方法。本方法首先對兩種金屬表面進行打磨拋光并清洗，再通過激光器對金屬A表面進行兩次無化學激光選區微織構處理，其中織構為梯形狀，接著使金屬A定位在金屬B的頂部并且織構面向金屬B表面。然后通過激光焊接熔化金屬B，使其填充在織構的間隙中，最終完成異種金屬焊接件。本方法在不改變激光產生的溫度分布的情況下，通過激光束對焊接表面進行微織構處理來增大冷凝傳熱系數，提高焊接面的動壓潤滑性能并增大焊接接頭間的粘合面積，從而可以提高異種金屬焊縫處的質量、機械強度以及焊接件的最大拉伸剪切載荷。

技術領域

本發明涉及激光加工領域，具體涉及一種異種金屬材料的激光焊接方法。

背景技術

為滿足現代裝備輕量化、高性能化和低成本化制造的發展要求，異種合金連接結構在汽車、航空航天、船舶以及軍事國防等領域的應用不斷擴大。隨著異種合金連接結構應用的日益增多，其高效、優質連接問題越來越受到研究人員的重視。然而，由于鋁和鋼的熱物理性質存在很大差異，冶金相容性差，采用普通的熔化焊接方法難以實現連接。盡管摩擦焊、爆炸焊、擴散焊、超聲波焊等一些固態焊接方法能夠實現異種合金的連接，但受到工藝局限性的限制，焊接效率較低，加工柔性差，連接件的尺寸大小受加熱設備的限制，制造大尺寸零件和結構復雜工件較為困難，應用受到一定的限制。

激光微織構加工通過激光照射能量區域以及照射時間，來獲得具有一定形貌的凹坑織構表面，其以優異的減摩潤滑性能而應用廣泛。傳統激光微織構工藝方法普遍使用低表面能化學試劑輔助修飾，會帶來環境污染，且親疏水圖案為簡單幾何拼接，滴狀冷凝區域占比小。而激光選區微織構工藝可以增強金屬表面冷凝傳熱系數。激光選區微織構時間只需10s，恒溫熱處理為1d，具有更短的制備周期，僅為一般加工方法的幾十分之一。激光選區微織構圖案為具有冷凝液流自驅動功能的結構單元組成，加快了冷凝液流匯聚脫離，且表面未涂覆低表面能物質膜層增大熱阻，為強化金屬表面冷凝傳熱提供了無化學輔助的高效加工方法。多次激光微織構工藝能最大限度降低激光加工產生的負面熱效應，且多脈沖作用對微織構內部形貌具有“平滑”作用；同時，在保證單個脈沖材料去除率的條件下，提高了激光加工高質量微織構的總效率。

熱處理有利于微織構凸起與溝槽表面的微米-納米級別毛刺的充分長大。在熱處理過程中，超親水表面的細小絨絮狀毛刺結構發生氧化，使得激光微織構表面在經過熱處理工藝后毛化更充分，形成比較穩定的納米氧化層。同時，熱處理后的微織構表面具有更低的表面能，因此表現出良好的超疏水特性。

激光焊接作為一種高能束焊接方法，相比傳統焊接方法，具有高能量密度、焊接熱輸入低，且對工件的加熱位置及局部熱輸入可精確控制，熱影響區窄，焊縫美觀，生產效率高等突出優點。但是異種合金焊接在接頭內易形成脆硬的金屬間化合物，接頭界面液態金屬對固態異種金屬的潤濕性很差，給焊縫成形、焊接過程帶來很大麻煩，如焊接接頭存在較大的應力，易產生焊接裂紋等，嚴重地降低了焊接接頭處的有效接觸面積和焊縫處的機械強度。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種異種金屬材料的激光焊接方法。本方法首先對兩種金屬表面進行打磨拋光并清洗，再通過激光器對金屬A表面進行兩次無化學激光選區微織構處理，其中織構為楔形狀，接著使金屬A定位在金屬B的頂部并且織構面向金屬B表面。然后通過激光焊接熔化金屬B，使其填充在織構的間隙中，最終完成異種金屬焊接件。

本發明采用的技術方案，具體步驟如下：

(1)先用砂紙對金屬A和B打磨并拋光，再用丙酮對其表面進行清洗，去除油污及碎片，獲得潔凈表面試樣；