[發明專利]一種鈦與鋁的超威弧MIG+激光雙面復合高速焊接方法

在審

• 申請號: 202111395332.0
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114054960A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 魏守征;饒文姬;宋琳玲;劉李賓;李志勇;張英喬;李玉新;王建宏;張發端
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/60;B23K26/70
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種鈦與鋁的超威弧MIG+激光雙面復合高速焊接方法。本發明焊前用角磨機在鈦板側邊開V型坡口，然后清除鈦板、鋁板及焊絲表面的油污和氧化膜，使待焊表面光潔、干燥并且無雜質；用工裝夾具將鈦板與鋁板對接固定，進行雙面復合高速焊接；焊接結束后，被焊工件在自然條件下冷卻至室溫；冷卻后，打開工裝夾具，取下工件。本發明用自動送絲的超威弧MIG焊正面施焊，同步用激光焊背面施焊，目的是提高焊接效率，降低工件厚度方向的組織性能差異，獲得力學性能優良的鈦/鋁焊接接頭。

技術領域

本發明涉及一種異種金屬的高速、高效焊接方法，具體涉及一種鈦與鋁的超威弧MIG+激光雙面復合高速焊接方法，屬于金屬材料的復合焊接技術領域。

背景技術

鈦與鋁均屬于輕質、高強度耐腐蝕金屬材料，大量應用在航空航天及高檔汽車工業中，鈦/鋁輕量化焊接結構具有廣泛的應用前景。但由于鈦與鋁的冶金不相溶性和脆性金屬間化合物問題，采用傳統熔焊技術進行鈦與鋁的焊接很困難。人們嘗試用攪拌摩擦焊、激光焊等將鈦與鋁焊接在一起，獲得了力學性能較佳的接頭，但面臨著對焊接設備要求高、焊接結構單一等問題。

在航空航天和高檔汽車工業中，鈦/鋁復合結構可替代傳統的鋼結構，提高軍/民用飛機、高檔汽車等現代化交通工具的推重比，對運載設備輕量化、節能減排等有重大的實際意義。實現鈦/鋁復合結構的可靠焊接，會大大推動鈦與鋁輕量化復合結構在飛機、高檔汽車等交通工具制造等領域的應用。

近年來，熔釬焊工藝被用于鈦與鋁的焊接，經過系統的研究，發現鈦與鋁熔釬焊面臨著工件厚方向組織性能不均勻的關鍵問題。部分研究人員嘗試用激光穿透焊進行鈦與鋁的熔釬焊，但這要求必須使用大功率激光進行高速焊接，對設備要求高。

發明內容

針對目前鈦與鋁熔釬焊技術的不足，為了降低設備要求，本發明提供一種采用正面超威弧MIG+背面低功率激光的雙面復合焊接進行鈦與鋁的薄板對接熔釬焊。超威弧MIG焊技術的特點是運用精細波形控制技術強制降低弧壓來減少弧長，獲得一種能量集中、方向性強的焊接電弧，實現了熔滴的短弧噴射過渡，可以進行薄板的高速焊接；利用本發明的方法可以實現鈦與鋁板的可靠焊接，形成的焊接接頭質量穩定、力學性能較高，以滿足輕量化工程結構對鈦/鋁焊接的需求。

本發明采用正面超威弧MIG+背面低功率激光雙面復合焊進行鈦與鋁的薄板對接熔釬焊，具有以下特點：（1）雙側焊接熱源均可實現高速焊接、提高焊接效率；（2）低功率激光背面同步焊接，不僅降低了設備要求，還能促進液態金屬潤濕鋪展，改善背面焊縫成形；（3）利用雙面熱源的協同和耦合效應，靈活地調控焊縫成形和Ti/Al界面組織性能；（4）雙面加熱利于降低焊接熱輸入，減少脆性金屬間化合物的生成，降低焊接應力。具備上述特點的復合焊工藝，恰恰能降低鈦與鋁焊接時板厚方向組織性能的差異，提高焊接接頭的力學性能。

本發明提供了一種鈦與鋁的超威弧MIG+激光雙面復合高速焊接方法，用自動送絲的超威弧MIG焊正面施焊，同步用激光焊背面施焊，目的是提高焊接效率，降低工件厚度方向的組織性能差異，獲得力學性能優良的鈦/鋁焊接接頭。

本發明提供的一種鈦與鋁的超威弧MIG+激光雙面復合高速焊接方法，具體包括以下步驟：

1）焊前用角磨機在鈦板側邊開V型坡口，然后清除鈦板、鋁板及焊絲表面的油污和氧化膜，使待焊表面光潔、干燥并且無雜質；

2）用工裝夾具將鈦板與鋁板對接固定，進行雙面復合高速焊接；焊接工藝參數為：超威弧MIG焊用直徑1.2 mm的ER5183焊絲，焊絲向鋁側偏移0.6mm，焊絲伸出長度10~12mm，送絲速率為10~11.5m/min；超威弧MIG焊焊接線能量1.1 ~ 1.25 kJ/cm；激光光斑直徑2mm，光束向鋁側偏移0.5mm，離焦量為0mm；激光焊焊接線能量0.13 ~ 0.17 kJ/cm；焊縫正、背雙面用惰性氣體保護；

3）焊接結束后，被焊工件在自然條件下冷卻至室溫；冷卻后，打開工裝夾具，取下工件。