[發明專利]一種中厚板鋁/鋼異種金屬激光填絲焊接方法

有效

• 申請號: 202110488339.0
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113172339B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 王文權;杜明;陳達智;張新戈;李建華;牛加飛;吳大振
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/142;B23K26/70;B23K101/40
• 代理公司: 濟南聯合竟成知識產權代理事務所(普通合伙) 37371
• 代理人: 倫文知

1.一種中厚板鋁/鋼異種金屬激光填絲焊接方法，其特征是：它包括如下步驟：

(一)對等厚度的待焊接鋁板(1)和鋼板(2)分別開Y型坡口和V型坡口，對Y型坡口、V型坡口及鋁板(1)和鋼板(2)的上下表面進行深度清理；該步驟(一)中，對Y型坡口、V型坡口及鋁板(1)和鋼板(2)的上下表面進行深度清理的步驟為：依次采用800目、1500目和2000目的砂紙分別對鋁板(1)和鋼板(2)的坡口表面進行打磨，對打磨完成后的鋁板(1)先堿洗后酸洗，并用酒精擦拭，再烘干；對打磨完成的鋼板(2)用丙酮進行擦拭，再烘干；

(二)將待焊接鋁板(1)和鋼板(2)置于焊接夾具上進行裝夾固定，焊接接頭形式為對接接頭；

(三)調整主光束(8)和輔助光束(9)的位置，設置光束功率：將兩個不同能量和光斑形狀的光纖激光器和半導體激光器作為焊接熱源，所述光纖激光器的功率為2～6kW，所述半導體激光器的功率為2～4kW；其中，將光纖激光器發出的激光聚焦為圓形光斑(3)作為主光束(8)輻照于鋁板(1)側的Y型坡口位置，并熔化填絲金屬(5)使之填充坡口，所述圓形光斑(3)的直徑為0.3～2.0mm；將半導體激光器發出的激光整形為矩形光斑(4)作為輔助光束(9)輻照于鋼板(2)側的V型坡口斜面，對鋼板(2)坡口斜面進行預熱，促進鋪展在鋼板(2)邊緣的熔融態金屬液體的流動性，使填絲金屬(5)順利地向鋁板(1)和鋼板(2)之間的間隙里潤濕鋪展，所述矩形光斑(4)的寬度為2～4mm、長度為3～6mm；所述主光束(8)和輔助光束(9)的離焦量為-4～+4mm；所述主光束(8)和輔助光束(9)沿焊接方向(7)交叉式排列，所述輔助光束(9)在前、主光束(8)在后，所述主光束(8)和輔助光束(9)的入射方向均與鋁板(1)和鋼板(2)的上表面垂直；

(四)設定工藝參數，且焊接工藝參數一旦確定，在焊接過程中均保持不變：采用純度為99.99％的氬氣作為保護氣體，所述保護氣體的氣體流量為15～20L/min；焊接速度為1.5～6.0m/min；送絲角度α₃為30°～60°，所述主光束(8)和輔助光束(9)均沿著焊接方向(7)以相同的速度移動，送絲速度與焊接速度的比值K的取值范圍為8～12；

由于待焊接的鋼板(2)和鋁板(1)的厚度可變，主光束(8)的功率設定需滿足數學模型公式：

P＝(d₁×v)/K₁

式中：

P—設定主光束功率，單位Kw；

d₁—鋼板和鋁板的厚度，單位mm；

v—焊接速度，單位mm/min；

K₁—比例系數，取值范圍為2～10,保證鋁板(1)和填絲金屬(5)發生熔化；

根據上述公式計算出設定主光束功率P，再進行激光焊接。

2.根據權利要求1所述的中厚板鋁/鋼異種金屬激光填絲焊接方法，其特征是：所述鋼板和鋁板的厚度d₁為3～10mm，所述鋁板側Y型坡口的角度α₁的取值范圍為45°～60°，所述Y型坡口的底部剩余板厚d₂為d₁的50％；所述鋼板側V型坡口的角度α₂的取值范圍為45°～60°；所述鋁板與鋼板底部之間的預留間隙W為0.5～1.0mm。

3.根據權利要求2所述的中厚板鋁/鋼異種金屬激光填絲焊接方法，其特征是：所述填絲金屬(5)為AlSi₁₂近共晶合金焊絲，所述填絲金屬(5)的直徑為1.2～6.0mm。

4.根據權利要求3所述的中厚板鋁/鋼異種金屬激光填絲焊接方法，其特征是：所述保護氣體包括正面和背面兩個方向的保護氣體，其中，正面的保護氣體采用側吹、沿焊道吹送和同軸氣體保護的方式對焊接熔池進行保護；

在光纖激光器和半導體激光器的焊頭上均設有側吹和同軸方向的保護氣體；

在焊接夾具上設有沿焊道吹送保護氣體的通道；

其中，側吹的保護氣體用于驅散等離子體；沿焊道吹送的保護氣體用于保護已凝固但溫度仍然較高的焊縫金屬不被氧化，同時防止氧化夾雜物導致的氣孔和飛濺；同軸的保護氣體用于防止飛濺物損傷激光器鏡片。