CN110681935A - 一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

一种铝合金‑不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，步骤如下：S1、分别对铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理，然后使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理；S2、在不锈钢板待焊区域表面镀Cu‑Ni金属复合镀层；S3、将不锈钢板与铝合金板装配为搭接形式，使用方形光斑激光进行焊接；焊接时控制1/2‑3/4方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/4‑1/2方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面。该方法通过在不锈钢待焊区域制备Cu‑Ni复合层，可调节焊接过程中金属间化合物生长，使用方形光斑激光控制热输入，可促进熔化的铝合金在不锈钢表面铺展，得到成型美观，综合性能优异的焊接接头。

Description

一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，属于焊接技术领域。
背景技术
面对日益严重的能源紧缺问题，交通工具的轻量化越来越受到各国的关注。全不锈钢地铁列车车体结构进一步使用铝合金材料替代部分非承重结构的不锈钢可大大降低列车车身重量，使得地铁列车在启动、运行过程中消耗的电能降低。新能源汽车结构上采用铝-钢复合结构也可降低车身自重，提高续航能力。然而，铝合金与不锈钢之间的焊接仍然存在接头成型差、熔覆金属难以铺展、界面生成脆性金属间化合物、易产生裂纹的等问题。由于铝、钢熔点差异较大，采用传统熔化焊接方法容易导致钢熔化后与铝合金发生反应生成大量金属间化合物，造成“焊后即断”。
在现代加工制造业中，激光焊接应用越来越广泛，研究人员使用激光作为热源，结合对不锈钢亲和性较高的铝-硅焊丝与各类钎剂，提出了铝-钢激光熔钎焊方法，使用激光熔化熔点较低焊丝与铝合金母材形成熔焊接头，再与不锈钢接触形成钎焊界面。但这种方法需要一套复杂的同步送丝***来完成焊丝的稳定送进，一般为了焊丝与激光束之间的相对稳定，前端送丝管需要固定在激光头上，严重降低了激光焊接的可达性。而且，激光填丝焊接对激光光斑与焊丝尖端的距离及对中性有着极为苛刻的要求，对中难度很大，严重降低焊接效率。常见的铝-钢熔钎焊常采用含氟化合物作为钎剂，改善熔覆金属在不锈钢表面的铺展性，但钎剂在高温加热下释放含氟致癌气体，严重危害人体健康。也有研究人员通过激光深熔焊接实现铝-钢焊接，其原理是通过大功率激光熔透放在不锈钢表面的铝合金，熔化部分上表面不锈钢，使熔化铝合金与少量熔化的不锈钢反应结合；或者熔透放在上方的不锈钢板，少量熔化下方铝合金板。这种方法虽然不需焊丝，焊接过程相对稳定，但会形成较厚的金属间化合物，导致焊接接头一般都存在微裂纹等缺陷，无法保证焊接接头质量。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，该方法通过在不锈钢待焊区域制备Cu-Ni复合层，调节焊接过程中金属间化合物生长，通过使用方形光斑激光控制热输入，促进熔化的铝合金在不锈钢表面铺展，得到成型美观，综合性能优异的焊接接头。
一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其步骤如下：
S1、分别对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理，打磨和清洗处理后，使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理；所述待焊接的铝合金板和不锈钢板的厚度为1-4mm；
S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为8-14μm的Cu金属镀层和厚度为5-9μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊区域表面形成Cu-Ni复合镀层；
S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢板在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为2000-4000W，方形光斑尺寸为(2.5-6.5)mm*(2.5-6.5)mm，焊接速度为0.5-0.9m/min，焊接过程采用高纯氩气保护；
焊接时调节激光束位置，控制1/2-3/4方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/4-1/2方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面，完成焊接。
本发明的原理为：本发明将不锈钢板与铝合金板装配为搭接形式，铝合金板在上，采用方形光斑精准控制热量在铝合金和不锈钢的分布，使得部分激光能量熔化铝合金边缘，并由重力作用自动向不锈钢表面铺展，另一部分激光能量对不锈钢母材进行加热，促进熔化铝合金的润湿铺展，保证不锈钢不发生熔化，得到钎焊界面。其中不锈钢表面的Cu-Ni复合镀层，特别是Ni镀层与铝合金亲和性高可提高熔化铝合金的润湿性，熔化的铝合金与镀层接触后，铝、铜、镍、铁原子在高温下发生扩散，反应生成的金属间化合物层，实现铝合金与不锈钢的连接。
本发明将铝合金板和不锈钢板的厚度限制在1-4mm，即本发明技术方案适用范围是厚度为1-4mm铝合金板与不锈钢板的焊接。这是通过大量实验得到，分析其原理如下：过薄的铝合金板在激光自熔焊过程中熔化的总量很小，难以形成有效的搭接接头。而过厚的铝合金板采用单激光时，需要的激光功率很大，这就会使得热输入过大，导致不锈钢板过热，在铝钢界面生成过量的金属间化合物，产生大量裂纹；而且在焊接时，太厚的铝合金熔化后，距离不锈钢板上表面的高度差较大，由于熔化的铝合金具有一定的粘度，在完成铺展之前就已经凝固，无法形成有效接头。过薄的不锈钢板使用本发明技术方案焊接容易产生严重的变形，过大的变形会导致焊缝直接崩裂；不锈钢板过厚会导致激光的热量快速被母材导走，不锈钢被加热的区域温度梯度过大，只有中心温度高，靠近中心的区域随着距离的增加温度快速降低，会导致熔化的铝合金与不锈钢接触后快速凝固，很难在不锈钢表面铺展开来。
不锈钢表面铜金属镀层及镍金属镀层厚度根据大量实验确定的，分析其厚度选择是由多种因素决定的，主要是为了合金更好地在界面处产生均匀的合金化反应，获得综合力学优异的焊接接头。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
一、本发明采用方形光斑激光进行焊接，方形光斑激光能量分布均匀，可通过加热面积精准控制热量分布，且对中简单方便。
二、相比于现有技术激光填丝焊接，不需要加装送丝装置，不需要对中，焊接过程只存在激光与稳定约束的母材之间的作用，简化了激光焊接装置，极大提高了焊接可达性，没有焊丝与激光对中的苛刻要求，相较于激光填丝焊接拥有更高的稳定性及可操作性。相比于现有技术激光深熔焊接，可以更加方便通过方形光斑的辐照位置调节激光在铝合金与不锈钢板上的能量分布，使得铝合金熔化而不锈钢不熔化，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成稳定均匀的钎焊界面，阻碍生成过厚的脆性金属间化合物，避免了金属间化合物的厚度过大造成的微裂纹，保证了焊接接头质量。
三、采用不锈钢表面制备Cu-Ni复合镀层进行合金元素界面调控，相较于添加中间层可以随意控制合金元素层厚度，不需要严格的装配流程，相较于普通金属粉末涂层拥有更强的附着性，相较于焊丝引入合金元素可以随意控制合计元素的种类和比例，且不会引入其他无关元素的干扰。
四、不锈钢表面的Cu-Ni复合镀层可以促进熔化铝合金在不锈钢表面铺展，特别是Ni镀层可以增大熔化铝合金在不锈钢上的润湿距离，减小润湿角，得到成型美观的焊接接头。Cu-Ni复合镀层中的Cu、Ni元素参均可参加Fe-Al冶金反应，替代Fe-Al化合物中Fe原子，降低金属间化合物的脆性，并提高Fe元素在铝合金-不锈钢界面的化学势，阻碍Fe原子向熔化铝合金中扩散，防止金属间化合物过厚，避免产生微裂纹，提高焊接接头的综合力学性能。
本发明所述步骤S1中对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨处理采用240～480目的砂纸。用过细的砂纸打磨后得到的光滑不锈钢表面容易导致镀层附着力不足，过于光滑的铝合金表面会降低激光能量的吸收率，试验验证，240～480目的砂纸打磨即可保证不锈钢表面镀层附着力，又可保证铝合金表面的激光能量的吸收率。
进一步，本发明所述步骤S1中通过酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理所采用的酸洗液为质量百分比为20％H2SO4和15％HCl水溶液，表面活化处理参数为：酸洗温度45℃～65℃，酸洗时间50s-65s。
酸洗活化是为了进一步去除表面氧化膜，并在不锈钢表面产生活化点，提高镀层在不锈钢表面的沉积效率和附着力，为了达到好的活化效果，酸洗溶液及酸洗时间十分关键，上述酸洗溶液及酸洗温度是经过大量试验验证获得。
进一步，本发明所述待焊接的铝合金板的厚度小于或等于不锈钢板厚度。
试验验证，本发明焊接方法在实际应用中，铝合金板的厚度小于或等于不锈钢板厚度工艺参数更易匹配，取得的焊接效果好。
进一步，本发明所述步骤S2中，镀Cu金属镀层所采用的电镀液成分为Cu2(OH)2CO310-20g/L，HEDP 80-100g/L，K2CO3 35-45g/L，H2O2 2-5mL，C4H4O6KNa 5-10g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在9-10，电镀参数为：温度45-55℃，电流密度0.5-1.2A/dm2，时间20-40min。
进一步，本发明所述步骤S2中，镀Ni金属镀层所采用的电镀液成分为Ni镀层电镀液成分为NaCl 5-15g/L，H3BO3 30-35g/L，NiSO4 30-50g/L，MgSO4 10-15g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在4-5，电镀参数为：温度40-50℃，电流密度0.8-1.0A/dm2，时间60-90min。
更进一步，本发明所述电镀过程中采用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌速度为100-150r/min。
电镀过程中采用磁力搅拌器进行搅拌可使得电镀液各个位置温度、浓度保持相对均匀，100～150r/min的磁力搅拌可保证较好的电镀效果，使得镀层表面质量均匀。
进一步，本发明所述步骤S3中焊接过程采用高纯氩气保护所使用的氩气流量为15-18L/min。
步骤(3)中使用的保护气喷嘴与激光束位于同一平面，且与工件表面夹角为50°
过大的保护气气流快速冷却焊缝产生裂纹，过小的气流无法防止氧化，所以将保护气流量应控制在15～18L/min。
进一步，本发明所述步骤S3使用方形光斑激光对待焊件进行焊接所用的方形光斑激光的激光功率为2300-3700W。
进一步，本发明所述步骤S3使用方形光斑激光对待焊件进行焊接所用的方形光斑激光的光斑尺寸为(3-5)mm*(3-5)mm。
试验验证，采用上述激光功率、激光光斑尺寸获得的焊接接头成型良好，综合力学性能优异。
进一步，本发明所述步骤S3中，焊接时调节激光束位置，控制2/3方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/3方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢。
试验验证，2/3方形光斑照射在铝合金板上，1/3方形光斑照射到不锈钢板可使得铝合金更好地在锈钢板上铺展，获得焊接接头良好、综合力学性能优异的焊接接头。
附图说明
图1为本发明铝合金-不锈钢的激光自熔钎焊示意图。
图2是本发明铝合金-不锈钢激光自熔钎焊的激光光斑位置示意图。
图3是本发明实施例二得到的铝合金-不锈钢搭接接头截面形貌图。
图4是本发明实施例三得到的焊接接头的焊缝显微组织形貌图。
图中，1-焊待区域镀有Cu-Ni复合镀层的不锈钢板，2-保护气导气管，3-保护气喷嘴，4-激光头，5-方形激光束，6-铝合金板，7-焊缝，8-方形光斑。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其步骤如下：
S1、分别对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理，打磨和清洗处理后，使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理；所述待焊接的铝合金板和不锈钢板的厚度为1-4mm；
S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为8-14μm的Cu金属镀层和厚度为5-9μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊区域表面形成Cu-Ni复合镀层；
S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢板在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为2000-4000W，优选为2300-3700W，方形光斑尺寸为(2.5-6.5)mm*(2.5-6.5)mm，优选为(3-5)mm*(3-5)mm，焊接速度为0.5-0.9m/min，焊接过程采用高纯氩气保护，优选氩气流量为15-18L/min；
焊接时调节激光束位置，控制1/2-3/4方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/4-1/2方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面，完成焊接。
图1为本发明铝合金-不锈钢的激光自熔钎焊示意图，图中，1为焊待区域镀有Cu-Ni复合镀层的不锈钢板，2和3分别为焊接过程中向焊接部位输送高纯氩气的保护气导气管和保护气喷嘴，4为激光头，5为激光头发射的方形激光束，6为铝合金板，7为不锈钢板与铝合金板焊接形成的搭接接头焊缝。图2为本发明铝合金-不锈钢激光自熔钎焊的激光光斑位置示意图，图中8为方形光斑，方形光斑部分照射在铝合金板上，部分照射在不锈钢板上。
优选的，所述步骤S1中通过酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理所采用的酸洗液为质量百分比为20％H2SO4和15％HCl水溶液，表面活化处理参数为：酸洗温度45℃～65℃，酸洗时间50s-65s。
优选的，所述待焊接的铝合金板的厚度小于或等于不锈钢板厚度。
优选的，所述步骤S2中，镀Cu金属镀层所采用的电镀液成分为Cu2(OH)2CO3 10-20g/L，HEDP 80-100g/L，K2CO3 35-45g/L，H2O2 2-5mL，C4H4O6KNa 5-10g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在9-10，电镀参数为：温度45-55℃，电流密度0.5-1.2A/dm2，时间20-40min。
优选的，所述步骤S2中，镀Ni金属镀层所采用的电镀液成分为Ni镀层电镀液成分为NaCl 5-15g/L，H3BO3 30-35g/L，NiSO4 30-50g/L，MgSO4 10-15g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在4-5，电镀参数为：温度40-50℃，电流密度0.8-1.0A/dm2，时间60-90min。
优选的，所述电镀过程中采用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌速度为100-150r/min。
优选的，所述步骤S3中，焊接时调节激光束位置，控制2/3方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/3方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢。
实施例一
一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，所述待焊接的铝合金板为厚度为1mm的6061铝合金板，待焊接的不锈钢板为厚度为1mm的301L不锈钢板，焊接步骤如下：
S1、采用240目的砂纸对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨处理，然后采用丙酮擦洗铝合金板的待焊区域，将不锈钢板放入丙酮中进行超声清洗2min，采用质量百分比为20％H2SO4和15％HCl组成的酸洗液，在45℃下对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理，表面活化处理的时间为60s；
S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为8μm的Cu金属镀层和厚度为5μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊区域表面形成Cu-Ni复合镀层；
本例中镀Cu金属镀层所采用的电镀液成分为Cu2(OH)2CO3 10g/L，HEDP 90g/L，K2CO3 35g/L，H2O2 2mL，C4H4O6KNa 5g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在9，电镀参数为：温度45℃，电流密度0.5A/dm2，时间20min。
本例中镀Ni金属镀层所采用的电镀液成分为Ni镀层电镀液成分为NaCl 5g/L，H3BO3 30g/L，NiSO4 30g/L，MgSO4 10g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在4，电镀参数为：温度40℃，电流密度0.8A/dm2，时间60min。
镀Cu和Ni金属镀层的操作是先将不锈钢板放入镀Cu电镀液中连接直流电源的负极，将纯铜片放入镀Cu电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Cu金属镀层；将镀完Cu金属镀层的不锈钢板用蒸馏水冲洗后放入装有镀Ni电镀液中连接直流电源负极，将纯镍片放入镀Ni电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Ni金属镀层；两次电镀过程中均采用采用磁力搅拌器进行搅拌，速度为100r/min。复合镀层电镀完成后立即拿出使用蒸馏水进行清洗并烘干。最终得到的铜镀层厚度为8μm，镍镀层厚度为5μm；
S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢板在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为2300W，方形光斑尺寸为3mm*3mm，焊接速度为0.9m/min，焊接过程采用高纯氩气保护，氩气流量为18L/min；
焊接时调节激光束位置，控制1/2方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/2方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，铝合金、复合镀层、不锈钢之间进行物质扩散，形成钎焊界面，完成焊接。铝-钢界面处的金属间化合物厚度大约为9μm，经表征，本例所得焊接接头的平均强度为186.2N/mm。
实施例二
一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，所述待焊接的铝合金板为厚度为2mm的6063铝合金板，待焊接的不锈钢板为厚度为2mm的304不锈钢板，焊接步骤如下：
S1、采用240目的砂纸对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨处理，然后采用丙酮擦洗铝合金板的待焊区域，将不锈钢板放入丙酮中进行超声清洗2min，采用质量百分比为20％H2SO4和15％HCl组成的酸洗液，在55℃下对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理，表面活化处理的时间为60s；
S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度11μm的Cu金属镀层和厚度为6μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊区域表面形成Cu-Ni复合镀层；
本例中镀Cu金属镀层所采用的电镀液成分为Cu2(OH)2CO3 15g/L，HEDP 90g/L，K2CO3 40g/L，H2O2 3mL，C4H4O6KNa 7g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在10，电镀参数为：温度55℃，电流密度1A/dm2，时间30min。
本例中镀Ni金属镀层所采用的电镀液成分为Ni镀层电镀液成分为NaCl 10g/L，H3BO3 30g/L，NiSO4 40g/L，MgSO4 15g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在5，电镀参数为：温度50℃，电流密度0.8A/dm2，时间70min。
镀Cu和Ni金属镀层的操作是先将不锈钢板放入镀Cu电镀液中连接直流电源的负极，将纯铜片放入镀Cu电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Cu金属镀层；将镀完Cu金属镀层的不锈钢板用蒸馏水冲洗后放入装有镀Ni电镀液中连接直流电源负极，将纯镍片放入镀Ni电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Ni金属镀层；两次电镀过程中均采用采用磁力搅拌器进行搅拌，速度为120r/min。复合镀层电镀完成后立即拿出使用蒸馏水进行清洗并烘干。最终得到的铜镀层厚度为11μm，镍镀层厚度为6μm；
S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢板在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为2800W，方形光斑尺寸为3.5mm*3.5mm，焊接速度为0.7m/min，焊接过程采用高纯氩气保护，优选氩气流量为17L/min；
焊接时调节激光束位置，控制2/3方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/3方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，铝合金、复合镀层、不锈钢之间进行物质扩散，形成钎焊界面，完成焊接。图3是本例得到的铝合金-不锈钢搭接接头截面形貌图，是切取搭接接头标准金相样，用砂纸打磨和抛光机抛光之后使用Keller试剂腐蚀20秒，放在蔡司体式显微镜下进行拍摄得到的。所得焊接接头成型良好，无气孔和裂纹出现，铝-钢界面处的金属间化合物厚度大约为13μm，焊接接头的平均强度为221.8N/mm。
实施例三
一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，所述待焊接的铝合金板为厚度为4mm的6063铝合金板，待焊接的不锈钢板为厚度为4mm的304不锈钢板，焊接步骤如下：
S1、采用240目的砂纸对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨处理，然后采用丙酮擦洗铝合金板的待焊区域，将不锈钢板放入丙酮中进行超声清洗2min，采用质量百分比为20％H2SO4和15％HCl组成的酸洗液，在60℃下对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理，表面活化处理的时间为65s；
S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度14μm的Cu金属镀层和厚度为9μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊区域表面形成Cu-Ni复合镀层；
本例中镀Cu金属镀层所采用的电镀液成分为Cu2(OH)2CO3 18g/L，HEDP 95g/L，K2CO3 45g/L，H2O2 5mL，C4H4O6KNa 7g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在10，电镀参数为：温度52℃，电流密度1.1A/dm2，时间37min。
本例中镀Ni金属镀层所采用的电镀液成分为Ni镀层电镀液成分为NaCl 15g/L，H3BO3 35g/L，NiSO4 50g/L，MgSO4 15g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在5，电镀参数为：温度50℃，电流密度1.0A/dm2，时间90min。
镀Cu和Ni金属镀层的操作是先将不锈钢板放入镀Cu电镀液中连接直流电源的负极，将纯铜片放入镀Cu电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Cu金属镀层；将镀完Cu金属镀层的不锈钢板用蒸馏水冲洗后放入装有镀Ni电镀液中连接直流电源负极，将纯镍片放入镀Ni电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Ni金属镀层；两次电镀过程中均采用采用磁力搅拌器进行搅拌，速度为150r/min。复合镀层电镀完成后立即拿出使用蒸馏水进行清洗并烘干。最终得到的铜镀层厚度为14μm，镍镀层厚度为9μm；
S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢板在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为3700W，方形光斑尺寸为5mm*5mm，焊接速度为0.5m/min，焊接过程采用高纯氩气保护，优选氩气流量为15L/min；
焊接时调节激光束位置，控制3/4方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/4方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，铝合金、复合镀层、不锈钢之间进行物质扩散，形成钎焊界面，完成焊接。图4是本例得到的焊接接头的焊缝显微组织形貌图，是切取搭接接头标准金相样，砂纸打磨镜面抛光后，不腐蚀，采用FEI扫描电子显微镜下采集背散射电子成像得到的。经表征，所得焊接接头成型良好，无气孔和裂纹出现，铝-钢界面处的金属间化合物厚度大约为18μm，未发现界面层微裂纹，焊接接头的平均强度为296.2N/mm。
实施例四
一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，所述待焊接的铝合金板为厚度为1mm的6061铝合金板，待焊接的不锈钢板为厚度为1mm的301L不锈钢板，焊接步骤如下：
S1、采用240目的砂纸对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨处理，然后采用丙酮擦洗铝合金板的待焊区域，将不锈钢板放入丙酮中进行超声清洗2min，采用质量百分比为20％H2SO4和15％HCl组成的酸洗液，在45℃下对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理，表面活化处理的时间为60s；
S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为8μm的Cu金属镀层和厚度为5μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊区域表面形成Cu-Ni复合镀层；
本例中镀Cu金属镀层所采用的电镀液成分为Cu2(OH)2CO3 10g/L，HEDP 90g/L，K2CO3 35g/L，H2O2 2mL，C4H4O6KNa 5g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在9，电镀参数为：温度45℃，电流密度0.5A/dm2，时间20min。
本例中镀Ni金属镀层所采用的电镀液成分为Ni镀层电镀液成分为NaCl 5g/L，H3BO3 30g/L，NiSO4 30g/L，MgSO4 10g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在4，电镀参数为：温度40℃，电流密度0.8A/dm2，时间60min。
镀Cu和Ni金属镀层的操作是先将不锈钢板放入镀Cu电镀液中连接直流电源的负极，将纯铜片放入镀Cu电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Cu金属镀层；将镀完Cu金属镀层的不锈钢板用蒸馏水冲洗后放入装有镀Ni电镀液中连接直流电源负极，将纯镍片放入镀Ni电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Ni金属镀层；两次电镀过程中均采用采用磁力搅拌器进行搅拌，速度为100r/min。复合镀层电镀完成后立即拿出使用蒸馏水进行清洗并烘干。最终得到的铜镀层厚度为8μm，镍镀层厚度为5μm；
S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢板在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为2000W，方形光斑尺寸为2.5mm*2.5mm，焊接速度为0.9m/min，焊接过程采用高纯氩气保护，氩气流量为18L/min；
焊接时调节激光束位置，控制1/2方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/2方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，铝合金、复合镀层、不锈钢之间进行物质扩散，形成钎焊界面，完成焊接。所得焊接接头成型良好，无气孔和裂纹出现，铝-钢界面处的金属间化合物厚度大约为5μm，部分区域界面层不连续，经表征，本例所得焊接接头的平均强度为158.5N/mm。
实施例五
一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，所述待焊接的铝合金板为厚度为4mm的6063铝合金板，待焊接的不锈钢板为厚度为4mm的304不锈钢板，焊接步骤如下：
S1、采用240目的砂纸对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨处理，然后采用丙酮擦洗铝合金板的待焊区域，将不锈钢板放入丙酮中进行超声清洗2min，采用质量百分比为20％H2SO4和15％HCl组成的酸洗液，在60℃下对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理，表面活化处理的时间为65s；
S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度14μm的Cu金属镀层和厚度为9μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊区域表面形成Cu-Ni复合镀层；
本例中镀Cu金属镀层所采用的电镀液成分为Cu2(OH)2CO3 18g/L，HEDP 95g/L，K2CO3 45g/L，H2O2 5mL，C4H4O6KNa 7g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在10，电镀参数为：温度52℃，电流密度1.1A/dm2，时间37min。
本例中镀Ni金属镀层所采用的电镀液成分为Ni镀层电镀液成分为NaCl 15g/L，H3BO3 35g/L，NiSO4 50g/L，MgSO4 15g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在5，电镀参数为：温度50℃，电流密度1.0A/dm2，时间90min。
镀Cu和Ni金属镀层的操作是先将不锈钢板放入镀Cu电镀液中连接直流电源的负极，将纯铜片放入镀Cu电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Cu金属镀层；将镀完Cu金属镀层的不锈钢板用蒸馏水冲洗后放入装有镀Ni电镀液中连接直流电源负极，将纯镍片放入镀Ni电镀液中连接直流电源正极，打开直流电源镀Ni金属镀层；两次电镀过程中均采用采用磁力搅拌器进行搅拌，速度为150r/min。复合镀层电镀完成后立即拿出使用蒸馏水进行清洗并烘干。最终得到的铜镀层厚度为14μm，镍镀层厚度为9μm；
S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢板在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为4000W，方形光斑尺寸为6.5mm*6.5mm，焊接速度为0.5m/min，焊接过程采用高纯氩气保护，优选氩气流量为15L/min；
焊接时调节激光束位置，控制3/4方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/4方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，铝合金、复合镀层、不锈钢之间进行物质扩散，形成钎焊界面，完成焊接。经表征，所得焊接接头成型良好，无气孔和裂纹出现，铝-钢界面处的金属间化合物厚度大约为20μm，未发现界面层微裂纹，焊接接头的平均强度为252.7N/mm。

Claims (10)

1.一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其步骤如下：
S1、分别对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理，打磨和清洗处理后，使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理；所述待焊接的铝合金板和不锈钢板的厚度为1-4mm；
S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为8-14μm的Cu金属镀层和厚度为5-9μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊接区域表面形成Cu-Ni复合镀层；
S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为2000-4000W，方形光斑尺寸为(2.5-6.5)mm*(2.5-6.5)mm，焊接速度为0.5-0.9m/min，焊接过程采用高纯氩气保护；
焊接时调节激光束位置，控制1/2-3/4方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/4-1/2方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢，熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面，完成焊接。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述步骤S1中通过酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理所采用的酸洗液为质量百分比为20％H2SO4和15％HCl水溶液，表面活化处理参数为：酸洗温度45℃～65℃，酸洗时间50s-65s。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述待焊接的铝合金板的厚度小于或等于不锈钢板厚度。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述步骤S2中，镀Cu金属镀层所采用的电镀液成分为Cu2(OH)2CO3 10-20g/L，HEDP 80-100g/L，K2CO335-45g/L，H2O2 2-5mL，C4H4O6KNa 5-10g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在9-10，电镀参数为：温度45-55℃，电流密度0.5-1.2A/dm2，时间20-40min。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述步骤S2中，镀Ni金属镀层所采用的电镀液成分为Ni镀层电镀液成分为NaCl 5-15g/L，H3BO330-35g/L，NiSO4 30-50g/L，MgSO4 10-15g/L，电镀过程中将电镀液pH控制在4-5，电镀参数为：温度40-50℃，电流密度0.8-1.0A/dm2，时间60-90min。
6.根据权利要求4或5所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述电镀过程中采用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌速度为100-150r/min。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述步骤S3中焊接过程采用高纯氩气保护所使用的氩气流量为15-18L/min。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述步骤S3使用方形光斑激光对待焊件进行焊接所用的方形光斑激光的激光功率为2300-3700W。
9.根据权利要求1所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述步骤S3使用方形光斑激光对待焊件进行焊接所用的方形光斑激光的光斑尺寸为(3-5)mm*(3-5)mm。
10.根据权利要求1所述的一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其特征在于：所述步骤S3中，焊接时调节激光束位置，控制2/3方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/3方形光斑照射到不锈钢板上加热但不熔化不锈钢。
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