CN102764934A - 铝钢异种金属激光熔钎焊焊接方法和填充粉末 - Google Patents
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Abstract
铝钢异种金属激光熔钎焊焊接方法和填充粉末，采用预置填粉方法；接头布置为搭接和异厚度对接，搭接时搭接长度4～10mm，对接时铝钢不留间隙底面在同一平面装配，搭接和对接时激光光斑打在铝合金上，距铝合金板边缘0～0.5mm，涂敷粉末以遮盖铝合金表面光泽为宜，涂敷宽度2～4mm；采用惰性气体作保护，保护方式为搭接采用正面保护，对接采用正面和背面同时保护；采用优化的焊接工艺参数时，铝合金熔化而钢不熔化，从而形成熔-钎焊搭接和对接连接。
Description
技术领域
本发明涉及异种金属的激光熔钎焊技术。
背景技术
铝钢异种金属焊接时，由于铝和钢的物化性能差异很大，很难形成有效的焊接接头；而且铝合金表面易被氧化，且对激光的反射率很高，导致铝合金对激光的吸收率很低，氧化物很难熔化形成夹杂、气孔等缺陷；由于熔化的液态铝在钢侧润湿性很差，很难在钢侧润湿铺展，导致焊接过程不稳定，焊缝成型不良；Al和Fe易形成脆硬的金属间化合物，过厚的金属间化合物层使焊接接头机械性能降低。名称为“一种无钎剂激光填粉焊接铝钢异种金属接头的方法”的中国专利（申请号201110240318.3）公开了一种方案，其采用铝板和钢板之间平铺一层粉末并采用同步送粉技术，该方法虽然提高了激光的吸收率，但由于送粉时粉末的发散和铝合金表面仍存在的反射使得激光吸收率有限，而且激光束经散焦或整形后能量密度不集中，另外送粉束的尺寸与激光光斑的尺寸匹配精度较高，夹层填粉焊后夹层剩余未熔化粉末难以有效清除。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝钢异种金属激光熔钎焊焊接方法和填充粉末。
本发明是铝钢异种金属激光熔钎焊焊接方法和填充粉末，其方法的步骤为：
（1）将助熔剂加入丙酮，涂敷在铝合金焊道表面，待丙酮蒸发后将填充粉末混合均匀之后，加入丙酮搅拌均匀涂敷在已涂助熔剂的铝合金板的焊道表面；
（2）将铝合金板6放置在上，钢板5在下，搭接长度4～10mm，或者铝合金板6与钢板（5）的侧端面不留间隙的放置在一起，且铝合金板6的底平面与钢板5的底面在同一水平面上，施焊时光斑打在铝合金板6上，距铝合金板的边缘0～0.5mm；
（3）然后进行激光焊接。
用于以上所述的铝钢异种金属激光熔钎焊方法的填充粉末，按重量百分比计，其组分为：Mg 5～8%，Si 1～3%，Mn 1～3%，Zn 5～10%，B 0.5～1%，其余为Al。
本发明的有益效果是涂粉后激光焊接稳定性和焊缝成型良好，显著提高了铝在钢侧的铺展宽度，明显提高了激光的吸收率和激光焊接速度。
附图说明
图1是铝钢搭接涂粉方法及激光熔钎焊的示意图，图2 为第一工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图3为第二工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图4为第三工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图5 第四工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图6 为第五工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图7 第六工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图8为第一工况的5056铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图9为第二工况的5056铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图10为第一工况的6063铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图11为第二工况的6063铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，图12为异厚度（铝厚钢薄）的铝合金与钢对接涂粉方法及激光熔钎焊示意图，图13是铝合金与钢激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，图14是铝合金与钢激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图，附图标记及名称为：激光束1，保护气喷嘴2，保护气体3，助熔剂及粉末4，钢板5，铝合金板6。
具体实施方式
本发明是铝钢异种金属激光熔钎焊焊接方法和填充粉末，其方法的步骤为：
（1）将助熔剂加入丙酮，涂敷在铝合金焊道表面，待丙酮蒸发后将填充粉末混合均匀之后，加入丙酮搅拌均匀涂敷在已涂助熔剂的铝合金板的焊道表面；
（2）将铝合金板6放置在上，钢板5在下，搭接长度4～10mm，或者铝合金板6与钢板（5）的侧端面不留间隙的放置在一起，且铝合金板6的底平面与钢板5的底面在同一水平面上，施焊时光斑打在铝合金板6上，距铝合金板的边缘0～0.5mm；
（3）然后进行激光焊接。
用于以上所述的铝钢异种金属激光熔钎焊方法的填充粉末，按重量百分比计，其组分为：Mg 5～8%，Si 1～3%，Mn 1～3%，Zn 5～10%，B 0.5～1%，其余为Al。
以5052、5056、6063铝合金与镀锌钢板ST04Z为例，焊前对铝板和钢板用丙酮清洗除油除污，对铝合金进行机械或化学处理去除表面的氧化膜。
本发明采用GS-TFL-10KCO2高功率横流CO2激光器，主要技术指标：波长为10.6μm；不稳定性≤3%；气体成分为CO2：N2：He=1：10：20；电源AC=380V±10%、50HZ、120KVA；额定激光功率≥10.0KW；焊接模式为多模。
施焊时离焦量-5～+7mm，焊接速度0.4～1.5m/min，功率1.0～3.0KW，保护气体优选10～15L/min；助熔剂用铝气焊溶剂（主要成分KCl、NaCl、LiCl、NaF等，熔点约560℃）。如图1、图12所示，铝合金板6的厚度大于钢板5的厚度。在铝合金板6上不开坡口。
实施例一：
用5052、5056、6063铝合金与镀锌钢板ST04Z进行搭接试验，5052、5056、6063铝合金与镀锌钢板ST04Z规格均为150mm×60mm×1mm。激光功率1.5～2.5KW，焊接速度0.4～1.2m/min，离焦量 -2～+2mm，氩气保护15L/min时，可获得成型美观，性能优良的焊缝。最大机械抗力为208Mpa，约为母材的95%。
如图1所示，铝板在上钢板在下，搭接长度4～6mm，激光束1垂直射入铝侧，距铝侧边缘0～0.5mm，保护气喷嘴2与光束夹角30°～60°，涂敷粉末4以遮盖铝合金表面光泽为宜，涂敷宽度2～4mm。
图2 为第一工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=2.1kw，焊接速度v=0.5m/分，离焦量dr=0mm；图3为第二工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=2.1kw，焊接速度v=0.8m/分，离焦量dr=0mm；图4为第三工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=2.1kw，焊接速度v=1.0m/分，离焦量dr=0mm；图5 第四工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=1.9kw，焊接速度v=0.6m/分，离焦量dr=-2mm；图6 为第五工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=1.9kw，焊接速度v=0.6m/分，离焦量dr=+2mm；图7 第六工况的5052铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=1.9kw，焊接速度v=0.6m/分，离焦量dr=+4mm；图8为第一工况的5056铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=2.1kw，焊接速度v=0.6m/分，离焦量dr=+2mm；图9为第二工况的5056铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=2.1kw，焊接速度v=0.8m/分，离焦量dr=+2mm；图10为第一工况的6063铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=2.1kw，焊接速度v=0.6m/分，离焦量dr=+2mm；图11为第二工况的6063铝合金与钢激光搭接熔钎焊焊缝形貌图，焊接功率P=2.1kw，焊接速度v=0.8m/分，离焦量dr=+2mm。
实施例二：
用5052铝合金与镀锌钢板ST04Z进行激光对接熔钎焊，5052铝合金规格125mm×50mm×2mm，镀锌钢板ST04Z规格为125mm×50mm×1mm，激光功率1.7～3.0KW，焊接速度0.4～1.2m/min，离焦量 -2～+2mm，氩气保护15L/min时，能够实现铝钢异种金属对接熔钎焊连接接头。如图12所示为异厚度（铝厚钢薄）的铝合金与钢对接涂粉方法及激光熔钎焊示意图，如图12所示，铝板底面和钢板底面处于同一平面不留间隙装配，激光束1垂直射入铝侧，距铝侧边缘0～0.5mm，保护气喷嘴2与光束夹角30°～60°，填充粉末4以遮盖铝合金表面光泽为宜，涂敷宽度2～4mm。图13是铝合金与钢激光对接熔钎焊焊缝的正面形貌图，图14是铝合金与钢激光对接熔钎焊焊缝的背面形貌图。
Claims (5)
1.铝钢异种金属激光熔钎焊焊接方法，其步骤为：
（1）将助熔剂加入丙酮，涂敷在铝合金焊道表面，待丙酮蒸发后将填充粉末混合均匀之后，加入丙酮搅拌均匀涂敷在已涂助熔剂的铝合金板的焊道表面；
（2）将铝合金板（6）放置在上，钢板（5）在下，搭接长度4～10mm，或者铝合金板（6）与钢板（5）的侧端面不留间隙的放置在一起，且铝合金板（6）的底平面与钢板（5）的底面在同一水平面上，施焊时光斑打在铝合金板（6）上，距铝合金板的边缘0～0.5mm；
（3）然后进行激光焊接。
2.根据权利要求1所述的铝钢异种金属激光熔钎焊焊接方法，其特征在于涂敷填充粉末以遮盖铝合金的焊道表面的光泽为宜，涂敷宽度为2～4mm。
3.根据权利要求1所述的铝钢异种金属激光熔钎焊方法，其特征在于铝合金板（6）的厚度大于钢板（5）的厚度。
4.根据权利1所述的铝钢异种金属激光熔钎焊方法，其特征在于在铝合金板（6）上不开坡口。
5.用于权利要求1所述的铝钢异种金属激光熔钎焊方法的填充粉末，按重量百分比计，其组分为：Mg 5～8%，Si 1～3%，Mn 1～3%，Zn 5～10%，B 0.5～1%，其余为Al。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121107 |