[發明專利]一種可獲得高強度焊接接頭的鋁合金與不銹鋼的焊接方法

有效

• 申請號: 202110761471.4
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113414494B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 尹志春;張向鈞;朱文戰;張可可;陳剛輝
• 申請（專利權）人: 中車廣東軌道交通車輛有限公司
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/60;B23K26/70;B23K103/20
• 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

一種可獲得高強度焊接接頭的鋁合金與不銹鋼的焊接方法，本焊接方法采用變功率脈沖激光束和變極性脈沖電弧作為復合焊接熱源對鋁合金板、不銹鋼板組成的搭接接頭進行焊接，變功率脈沖激光束和變極性脈沖電弧采用同步脈沖調制，脈沖頻率、激光功率變化頻率、電弧極性轉變頻率、擺動頻率及焊接速度之間相互配合；焊接過程中，高功率激光脈沖與正極性脈沖電弧同步，低功率激光脈沖與反極性脈沖電弧同步，變功率脈沖激光束沿垂直于焊縫方向擺動，并誘導電弧擺動。本發明通過激光束擺動精準控制焊接熱源在鋁合金和不銹鋼的分布，并結合各種頻率及焊接速度的配合，可獲得界面層均勻，焊接缺陷少、綜合性能優異的高強度焊接接頭。

技術領域

本發明提供了一種可獲得高強度焊接接頭的鋁合金與不銹鋼的焊接方法，屬于焊接加工領域。

背景技術

面對日益嚴重的能源緊缺問題，交通工具的輕量化越來越受到各國的關注。全不銹鋼地鐵列車車體結構進一步使用鋁合金材料替代部分非承重結構的不銹鋼可大大降低列車車身重量，使得地鐵列車在啟動、運行過程中消耗的電能降低。新能源汽車結構上采用鋁-鋼復合結構也可降低車身自重，提高續航能力。焊接技術是制造鋁和鋼復合結構的主要選擇。但由于鋼、鋁之間固溶度低，熔點、密度、熱導率、線膨脹系數、晶格常數等熱物理性能存在較大的差異，并且二者極易反應生成脆性金屬間化合物，此外焊接過程中容易產生氣孔、夾雜、裂紋等焊接缺陷，從而削弱接頭的力學性能。以上諸多因素限制了不銹鋼－鋁合金異種金屬結構件的應用。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。

使用熔釬焊連接鋁鋼異種金屬搭接接頭，降低了焊接過程復雜性，提高了焊接效率。激光熔釬焊具有熱輸入量小、熱源易控制、高效、可達性強等優點，是目前實現鋁合金/鋼復合結構高效連接比較理想的選擇，現有技術中通過激光自熔釬焊可獲得強度200N/mm以上的搭接焊接接頭。但現在的鋁合金/鋼復合結構激光熔釬焊接仍然存在鋁合金/鋼復合接頭的組織不均勻，結合面的連接強度低，容易產生熱裂紋等問題，在一定程度上已不能滿足目前對不銹鋼-鋁合金焊接質量和生產效率的要求。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種可獲得高強度焊接接頭的鋁合金與不銹鋼的焊接方法，該方法采用變功率脈沖激光束和變極性脈沖電弧作為復合熱源進行焊接，可獲得綜合性能優異的高強度焊接接頭。

本發明實現其發明目的所采取的技術方案是：一種可獲得高強度焊接接頭的鋁合金與不銹鋼的焊接方法，包括分別對待焊接的鋁合金板和不銹鋼板的待焊區域進行打磨和清洗處理；裝配為鋁合金板在上、不銹鋼在下的搭接形式，組成待焊工件，采用激光束-電弧復合焊接熱源對待焊工件進行焊接，復合焊接熱源熔化鋁合金，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；

所述激光束-電弧復合焊接熱源包括變功率脈沖激光束和變極性脈沖電弧，二者共同作用于待焊工件并形成一個焊接熔池，所述變功率脈沖激光束包括平均功率比值為1.5-2的高功率激光脈沖和低功率激光脈沖；所述變極性脈沖電弧包括平均功率比值為2-4的正極性脈沖電弧和反極性脈沖電弧；

變功率脈沖激光束和變極性脈沖電弧采用同步脈沖調制，脈沖頻率記為f，f＝80Hz-120Hz；變功率脈沖激光束的功率變化和變極性脈沖電弧極性轉變同步，即變功率脈沖激光束的功率變化頻率和變極性脈沖電弧極性轉變頻率相同，記為f′，f′＝1/6f-1/3f；且正極性脈沖電弧與高功率激光脈沖同步，反極性脈沖電弧與低功率激光脈沖同步；

焊接開始前，調整變極性脈沖電弧焊槍的位置，使得變極性脈沖電弧焊槍起弧時，2/3-3/4的電弧熱量作用在鋁合金板上，1/3-1/4的電弧熱量作用在不銹鋼板上，變功率脈沖激光束位于變極性脈沖電弧焊槍沿焊接方向的前側；