[發明專利]一種提高鋁/鋼搭接接頭強度的旋轉激光自熔釬焊方法

在審

• 申請號: 202110590549.0
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113199104A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 莊園;汪遠;楊濤;劉建宇;肖友恒
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K1/005
• 分類號: B23K1/005;B23K1/19;B23K1/20
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 吳桐

一種提高鋁/鋼搭接接頭強度的旋轉激光自熔釬焊方法，步驟如下：S1、對待焊接的鋁合金板和不銹鋼板的待焊區域及四周進行清潔預處理；S2、將銹鋼板與鋁合金板裝配為鋁合金板在上、不銹鋼在下的搭接形式，組成待焊件；S3、采用旋轉激光束對待焊件進行焊接，焊接過程采用高純氬氣保護；旋轉激光束照射在待焊件上的激光光斑為圓形，光斑直徑為2?4mm，旋轉激光束的旋轉頻率為10?60HZ；旋轉激光束焦點的旋轉半徑為0.5?2mm；焊接過程中，保證旋轉激光束的3/4激光熱量照射在鋁合金板上熔化鋁合金，1/4激光熱量照射到不銹鋼板上加熱但不熔化不銹鋼，熔化的鋁合金在未熔化的不銹鋼上鋪展，形成釬焊界面，完成焊接。本發明方法可獲得性能優異，界面層均勻的熔釬焊接頭。

技術領域

本發明涉及一種提高鋁/鋼搭接接頭強度的旋轉激光自熔釬焊方法，屬于焊接技術領域。

背景技術

輕量化在汽車與高速列車領域己經成為現代科學家研究的重點,鋁和鋼的混合結構越來越多地用于白車身構造，以減輕重量和成本。焊接技術是制造鋁和鋼復合結構的主要選擇。但是，鋁和鋼的熱性能和物理性能之間的較大差異使得在焊接過程中不可避免地會生成金屬間化合物(IMC),金屬間化合物的存在會增加接頭的脆性，不利于焊接接頭的機械性能。因此，要想獲得性能良好的鋁鋼異種連接接頭，就要對金屬間化合物進行控制。激光工藝有利于控制金屬間化合物，近年來廣泛應用于難焊的異種焊接，使用材料(中間層、填充金屬、涂層或其組合)成為接頭的一部分已被證明足以抑制脆性金屬間化合物的形成。為了得到性能優異的鋁鋼異種接頭，研究者們通過使用材料(中間層、填充金屬、涂層或其組合)來引入合金元素參與界面反應從而調控界面層。但無論是添加焊絲、鍍層還是預置合金粉末都會增加焊接過程的復雜性，降低焊接效率。而自熔性激光熔釬焊連接鋁鋼異種金屬搭接接頭，因為未加入填充材料，降低了焊接過程復雜性，其高效性適合汽車工業生產。

鋁合金不銹鋼異種金屬激光自熔釬焊過程中，在較低熔點的鋁合金母材處形成熔合區，熔融鋁合金沿不銹鋼表面鋪展形成釬焊界面。現有技術中，進行自熔釬焊采用的熱源是固定熱源，從焊接熱源直接照射區域到遠離焊接熱源的焊縫邊緣區域，界面峰值溫度差異較大導致界面金屬間化合物在厚度及相組成上分布不均勻。激光直接照射區域由于熱輸入太大產生過厚的金屬間化合物層，焊趾根部區域由于所獲的熱輸入小未產生足量的金屬間化合物層，導致此處是接頭的薄弱區域，這種不均勻的界面層使得接頭的力學性能較差。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種提高鋁合金-不銹鋼異種金屬激光自熔釬焊搭接接頭強度的方法，沿界面方向產生均勻的金屬間化合物層從而達到提升焊接接頭整體性能的作用。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種提高鋁/鋼搭接接頭強度的旋轉激光自熔釬焊方法，該方法通過激光束的旋轉來調控界面，解決了界面層不均勻的問題，可獲得性能優異，界面層均勻的熔釬焊接頭。

本發明實現其發明目的所采取的技術方案是：一種提高鋁/鋼搭接接頭強度的旋轉激光自熔釬焊方法，其步驟如下：

S1、對待焊接的鋁合金板和不銹鋼板的待焊區域及四周進行清潔預處理，去除表面氧化膜后使用丙酮去除表面油污及殘留金屬粉末；

S2、將完成預處理的銹鋼板與鋁合金板裝配為鋁合金板在上、不銹鋼在下的搭接形式，組成待焊件；

S3、采用旋轉激光束對待焊件進行焊接，焊接過程采用高純氬氣保護；所述旋轉激光束照射在待焊件上的激光光斑為圓形，光斑直徑為2-4mm，旋轉激光束的旋轉頻率為10-60HZ；旋轉激光束焦點的旋轉半徑為0.5-2mm；

焊接過程中，保證旋轉激光束在待焊件上的平均熱量分布為：3/4激光熱量照射在鋁合金板上熔化鋁合金，1/4激光熱量照射到不銹鋼板上加熱但不熔化不銹鋼，熔化的鋁合金在未熔化的不銹鋼上鋪展，形成釬焊界面，完成焊接。

本發明通過調節離焦量范圍來控制光斑直徑，離焦量范圍為±25～±35mm。

本發明的原理是：