CN102091873A

CN102091873A - 在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法

Info

Publication number: CN102091873A
Application number: CN2011100307340A
Authority: CN
Inventors: 石岩; 刘佳; 张宏; 刘双宇
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2011-06-15

Abstract

在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法属于激光焊接技术领域。现有方法中的电弧能量很难控制，如果铝材一侧输入热量过多，则温度过高，产生回火脆性现象，降低了焊接接头的强度。另外，在焊接过程中还会出现焊丝堵丝现象。所述技术问题对于厚度小于4mm的薄板来说会更严重。本发明焊接工件为铝板材和钢板材，在同一平面上对接但留有间隙，接缝处各开坡口，采用Al-Si焊料，并加入合金元素Cu、Mn、Zn，铝板材和钢板材分别为铝薄板和钢薄板，厚度均在1～4mm之间确定，将Al-Si焊料制成粉末，在焊接过程中，在由铝薄板和钢薄板各自坡口夹成的沟槽中添加粉末状Al-Si焊料，铝薄板和钢薄板一同行走，同时以激光为焊接热源施焊。

Description

在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法

技术领域

本发明涉及一种在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法，实现两种薄板金属工件的良好焊接，属于激光焊接技术领域。

背景技术

通过焊接获得异种金属结构，如铝-钢结构。然而，由于异种金属之间热膨胀系数、热传导率、比热及熔点等物理性能差异较大，另外，由于异种金属间极易反应生成脆性金属间化合物，或者说焊接接头存在脆性相，导致焊接接头力学性能严重恶化。尤其铝与钢的焊接，主要合金元素间的固溶度很低、热物理性能差异很大，两者间更容易发生反应生成脆性金属间化合物，焊接接头的力学性能如抗拉强度、剪切强度很差。申请号为200810063869.5的一件名称为“一种焊丝和其应用于铝及铝合金与钢焊接的方法”的中国专利申请公开了一项方案，焊料以Al、Si为基础，加入合金元素Cu、Mn、Zn及微量元素B、Zr、La，制成焊丝，焊接热源为电弧，在焊接过程中，在铝材一侧发生熔焊，同时在钢材一侧发生钎焊，通过合金元素的相互作用来控制脆性金属间化合物的产生，从根源上抑制焊接接头脆性相的产生。该方法虽然解决了在异种金属焊接过程中会生成脆性金属间化合物的问题，但是，电弧的能量很难控制，如果铝材一侧输入热量过多，则温度过高，产生回火脆性现象，降低了焊接接头的强度。另外，在焊接过程中还会出现焊丝堵丝现象。所述技术问题对于厚度小于4mm的薄板来说会更严重，因为，在薄板之间热量更加不易适度施加，焊锡越细越易堵丝。

发明内容

在避免在异种金属焊接过程中会生成脆性金属间化合物的前提下，得以在不同金属上施热适度，消除堵丝现象，使得焊接过程顺利进行，我们发明了一种在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法。

本发明焊接工件为铝板材和钢板材，在同一平面上对接但留有间隙，接缝处各开坡口，采用Al-Si焊料，并加入合金元素Cu、Mn、Zn，其特征在于，铝板材和钢板材分别为铝薄板和钢薄板，厚度均在1～4mm之间确定，将Al-Si焊料制成粉末，在焊接过程中，在由铝薄板和钢薄板各自坡口夹成的沟槽中添加粉末状Al-Si焊料，铝薄板和钢薄板一同行走，同时以激光为焊接热源施焊。

本发明其技术效果在于，采用激光为焊接热源，而激光能量集中，因可控因素多而加工柔性好，如激光功率、激光离焦量、焊接速度等均能够精确调整，从而能够实现焊接热源在不同材质的工件上适度施加，因此，尤其能够防止铝材一侧过度加热。粉末状焊料与丝状焊料即焊丝相比，其添加方式为徐徐落入，焊头焊料出口处的焊料不会发生熔化，因而不会发生焊料出口堵塞现象。粉末状焊料其配比能够灵活调整，使得本发明还能够适应小批量、多品种工件的焊接。所述技术效果在异种材质薄板工件的焊接中表现更为突出。另外，焊接接头表面平整，无明显变形。

附图说明

图1是本发明之在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法示意图，该图兼作为摘要附图。图2是本发明之在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法焊接工件形状、尺寸及相互位置示意图。

具体实施方式

实施例一：见图1、图2所示，一种焊接工件铝薄板1材质为A6111-T4铝合金，厚度a为1mm，坡口角α为30±5°；另一种焊接工件钢薄板2材质为JSC270CC低碳钢，厚度b为1mm，坡口角β为45±5°。焊接区的清洗：采用细砂纸和丙酮先后对两种焊接工件的坡口进行清理和清洗，去除坡口表面的氧化皮和油污。将所述两种焊接工件在同一平面铜热沉3上对接，但留有0.8mm的间隙h。采用Al-Si焊料，其重量配比为：Al：86.46～89.83％，Si：7.0％～8.5％，Cu：2.2％～3.5％，Mn：0.8％～1.2％，Zn：0.1％～0.2％，B：0.08％～0.14％，Zr：0.06％～0.12％，La：0.03％～0.08％；将所述Al-Si焊料制成粉末得到粉末状Al-Si焊料4。在焊接过程中，在由铝薄板1和钢薄板2各自坡口夹成的沟槽中添加粉末状Al-Si焊料4，铝薄板1和钢薄板2一同行走，同时以激光5为焊接热源施焊，保护气体6环绕粉末状Al-Si焊料4。所述保护气体6是流量为10l/min的He与流量为15l/min的Ar的混合气体。三通道同轴焊头7中心锥孔通激光5，第二环形锥孔通粉末状Al-Si焊料4，第三环形锥孔通保护气体6，保护气体6在徐徐下落的粉末状Al-Si焊料4粉流外侧形成一个保护气帘，起到保护焊接区域和汇聚粉流的作用。

实施例二：见图1、图2所示，一种焊接工件铝薄板1材质为5052-H34铝合金，厚度a为4.0mm，坡口角α为30±10°；另一种焊接工件钢薄板2材质为SUS301L奥氏体不锈钢，厚度b为4mm，坡口角β为45±10°。在Al-Si焊料重量配比中，Zn的加入量为0.8％～1.0％。将所述两种焊接工件在同一平面铜热沉3上对接，但留有1.2mm的间隙h。其他工艺条件及步骤与实施例一相同。

Claims

1.一种在铝薄板与钢薄板之间填粉激光焊接方法，焊接工件为铝板材和钢板材，在同一平面上对接但留有间隙，接缝处各开坡口，采用Al-Si焊料，并加入合金元素Cu、Mn、Zn，其特征在于，铝板材和钢板材分别为铝薄板和钢薄板，厚度均在1～4mm之间确定，将Al-Si焊料制成粉末，在焊接过程中，在由铝薄板和钢薄板各自坡口夹成的沟槽中添加粉末状Al-Si焊料，铝薄板和钢薄板一同行走，同时以激光为焊接热源施焊。

2.根据权利要求1所述的填粉激光焊接方法，其特征在于，将所述两种焊接工件在同一平面铜热沉(3)上对接。

3.根据权利要求1所述的填粉激光焊接方法，其特征在于，所采用的Al-Si焊料其重量配比为：Al：86.46～89.83％，Si：7.0％～8.5％，Cu：2.2％～3.5％，Mn：0.8％～1.2％，Zn：0.1％～1.0％，B：0.08％～0.14％，Zr：0.06％～0.12％，La：0.03％～0.08％。