CN103447647A - 一种用于镀锌钢与铝连接的激光熔-钎焊接工艺 - Google Patents

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宋仁国
徐一铭
孔德军
陆海
李海
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Abstract

本发明公开了用于镀锌钢与铝连接的激光熔-钎焊工艺，包括步骤：(a)对铝材工件靠近焊接区域的表面进行表面处理工艺，以减小其对激光光束的反射；(b)调节激光光束的焦点位于焊接区域上方2～4mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5～9mm；(c)采用侧吹式喷射装置对焊接区域喷射保护气体进行保护，其中，所述气体为惰性气体与氮气和/或氧气的混合气体；所述混合气体喷射的方向与焊接方向相反，喷射方向与焊接区域的水平面形成的角度为30～50°，所述混合气体喷射的流速为10～20L/min。本方法能够使铝材工件和镀锌钢工件高效连接，焊缝接头组织性能良好。

Description

一种用于镀锌钢与铝连接的激光熔-钎焊接工艺
技术领域
本发明涉及焊接加工技术领域，尤其涉及一种用于镀锌钢与铝连接的激光熔-钎焊接工艺。
背景技术
随着各国对环保问题的重视，结构较轻材料的应用越来越受到人们的重视。铝就是其中之一，铝具有含量丰富，密度小，比强度高导热性能好等优点。目前，钢-铝合金复合结构被广泛应用于航空航天、船舶制造，以及日用产品等领域。铝钢之间的焊接存在着较多的问题，固溶度较低、热物理性能差异较大，极易在两者之间形成脆性金属间化合物，导致焊缝的塑性、任性明显下降，因此实现钢铝之间焊接的工艺是业界研究是热点。
实现镀锌钢与铝合金连接的方法当前主要为钎焊，然而钎焊工艺繁琐，焊接周期长，焊接柔性差，接头力学不高，腐蚀性钎剂的使用还会导致接头的耐蚀性能大大下降，不能满足镀锌钢与铝合金高效连接的要求。
激光焊接是以高功率聚焦激光束为热源，将激光束直接照射到材料表面，通过激光与材料相互作用，使材料熔融并连接，形成优良焊接接头的工艺过程。激光焊接可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接，按其热力学机制又可分为激光热传导焊接和激光深熔焊接(或称激光深穿透焊接)。激光具有有效控制加热区域，精确控制热输入量，熔池高温停留时间短，可有效控制金属间化合物的数量等优点，在铝钢之间焊接的领域越来越受到重视，合适的激光复合焊接工艺应用于铝钢之间焊接十分值得研究和探索。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种用于镀锌钢与铝连接的激光熔-钎焊工艺，采用激光焊接工艺通过填充焊料对镀锌钢工件和铝材工件进行焊接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于镀锌钢与铝连接的激光熔-钎焊工艺，采用激光焊接工艺通过填充焊料对镀锌钢工件和铝材工件进行焊接，该工艺包括步骤：
(a)、对铝材工件靠近焊接区域的表面进行表面处理工艺，以减小其对激光光束的反射；
(b)、调节激光光束的焦点位于焊接区域上方2～4mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5～9mm，其中，所述激光光斑的1/3照射于铝材工件，所述激光光斑的2/3照射于镀锌钢工件；其中，激光焊接功率为1.5～1.8KW，焊接速度为1.8～2.5m/min，所述填充焊料为Al-Si合金材料；
(c)、采用侧吹式喷射装置对焊接区域喷射保护气体进行保护，其中，所述气体为惰性气体与氮气和/或氧气的混合气体，在所述混合气体中，按体积比计算，所述惰性气体含量为90％-100％，所述氮气和/或氧气的含量为0-10％；所述混合气体喷射的方向与焊接方向相反，喷射方向与焊接区域的水平面形成的角度为30～50°，所述混合气体喷射的流速为10～20L/min。
优选的，在所述混合气体中，按体积比计算，所述惰性气体含量为92％，所述氮气和/或氧气的含量为8％。
优选的，所述混合气体喷射的方向与焊接区域的水平面形成的角度为35°，所述混合气体喷射的流速为12L/min。
优选的，调节激光光束的焦点位于焊接区域上方2mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5mm。
优选的，所述激光焊接功率为1.8KW，焊接速度为2m/min。
优选的，所述表面处理工艺为喷砂处理、砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层或者氧化处理。
优选的，所述激光焊接的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
优选的，调节激光光束的焦点位于焊接区域上方2mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5mm，所述激光焊接功率为1.8KW，焊接速度为2m/min；在所述混合气体中，按体积比计算，所述惰性气体含量为92％，所述氮气和/或氧气的含量为8％；所述混合气体喷射的方向与焊接区域的水平面形成的角度为35°，所述混合气体喷射的流速为12L/min。
本发明的有益效果是，本发明采用熔-钎焊工艺通过填充焊料对镀锌钢工件和铝工件进行焊接，通过对铝工件靠近焊接区域的表面进行表面处理工艺，减小其对激光光束的反射，减小激光能量的损失，提高了焊接质量；调节激光光束的焦点获得直径较大直径的激光光斑，并将激光光斑按照面积比为1∶2分别照射到铝材工件和镀锌钢工件上，使铝材工件和镀锌钢工件高效连接；并且本发明在焊接过程中采用混合的惰性气体进行保护，焊缝接头组织具有良好的性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例中对镀锌钢工件和铝工件进行焊接示意图；
图中：1.激光焊接头，2.激光光束，3、侧吹式喷射装置，4.铝材工件，5.镀锌钢工件，6.填充焊料。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，本实施例提供一种用于镀锌钢与铝连接的激光熔-钎焊工艺，采用激光焊接工艺通过填充焊料6对镀锌钢工件5和铝材工件4进行焊接，具体的，该工艺包括步骤：
(a)、对铝材工件靠近焊接区域的表面进行表面处理工艺，以减小其对激光光束的反射；其中，所述表面处理工艺可以为喷砂处理、砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层或者是氧化处理；
(b)、调节激光光束2的焦点位于焊接区域上方，高度可以选择为2～4mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5～9mm，其中，所述激光光斑的1/3照射于铝材工件4，所述激光光斑的2/3照射于镀锌钢工件5；其中，激光焊接功率可以选择为1.5～1.8KW，焊接速度可以选择为1.8～2.5m/min，所述填充焊料6为Al-Si合金材料；在本实施例中，调节激光光束2的焦点位于焊接区域上方2mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5mm，所述激光焊接功率设定为1.8KW，焊接速度选择为2m/min；
(c)、采用侧吹式喷射装置3对焊接区域喷射保护气体进行保护，其中，所述气体可以选择为惰性气体与氮气和/或氧气的混合气体，在所述混合气体中，按体积比计算，所述惰性气体含量可以选择为90％-100％，所述氮气和/或氧气的含量可以选择为0-10％；所述混合气体喷射的方向与焊接方向相反，喷射方向与焊接区域的水平面形成的角度可以选择为30～50°，所述混合气体喷射的流速可以选择为10～20L/min；本实施例中，在所述混合气体中，按体积比计算，所述惰性气体含量为92％，所述氮气和/或氧气的含量为8％；所述混合气体喷射的方向与焊接区域的水平面形成的角度为35°，所述混合气体喷射的流速为12L/min。
在本实施例中，所述激光焊接的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
本发明采用熔-钎焊工艺通过填充焊料对镀锌钢工件和铝工件进行焊接，通过对铝工件靠近焊接区域的表面进行表面处理工艺，减小其对激光光束的反射，减小激光能量的损失，提高了焊接质量；调节激光光束的焦点获得直径较大直径的激光光斑，并将激光光斑按照面积比为1∶2分别照射到铝材工件和镀锌钢工件上，使铝材工件和镀锌钢工件高效连接；并且本发明在焊接过程中采用混合的惰性气体进行保护，焊缝接头组织具有良好的性能。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种用于镀锌钢与铝连接的激光熔-钎焊工艺，采用激光焊接工艺通过填充焊料(6)对镀锌钢工件(5)和铝材工件(4)进行焊接，其特征在于，该工艺包括步骤：
(a)、对铝材工件(4)靠近焊接区域的表面进行表面处理工艺，以减小其对激光光束的反射；
(b)、调节激光光束(2)的焦点位于焊接区域上方2～4mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5～9mm，其中，所述激光光斑的1/3照射于铝材工件(4)，所述激光光斑的2/3照射于镀锌钢工件(5)；其中，激光焊接功率为1.5～1.8KW，焊接速度为1.8～2.5m/min，所述填充焊料(6)为Al-Si合金材料；
(c)、采用侧吹式喷射装置(3)对焊接区域喷射保护气体进行保护，其中，所述气体为惰性气体与氮气和/或氧气的混合气体，在所述混合气体中，按体积比计算，所述惰性气体含量为90％-100％，所述氮气和/或氧气的含量为0-10％；所述混合气体喷射的方向与焊接方向相反，喷射方向与焊接区域的水平面形成的角度为30～50°，所述混合气体喷射的流速为10～20L/min。
2.根据权利要求1所述的激光熔-钎焊工艺，其特征在于，在所述混合气体中，按体积比计算，所述惰性气体含量为92％，所述氮气和/或氧气的含量为8％。
3.根据权利要求1所述的激光熔-钎焊工艺，其特征在于，所述混合气体喷射的方向与焊接区域的水平面形成的角度为35°，所述混合气体喷射的流速为12L/min。
4.根据权利要求1所述的激光熔-钎焊工艺，其特征在于，调节激光光束(2)的焦点位于焊接区域上方2mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5mm。
5.根据权利要求1所述的激光熔-钎焊工艺，其特征在于，所述激光焊接功率为1.8KW，焊接速度为2m/min。
6.根据权利要求1所述的激光熔-钎焊工艺，其特征在于，所述表面处理工艺为喷砂处理、砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层或者氧化处理。
7.根据权利要求1所述的激光熔-钎焊工艺，其特征在于，所述激光焊接的光源为CO2气体激光器或YAG固体激光器。
8.根据权利要求1所述的激光熔-钎焊工艺，其特征在于，调节激光光束(2)的焦点位于焊接区域上方2mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为5mm，所述激光焊接功率为1.8KW，焊接速度为2m/min；在所述混合气体中，按体积比计算，所述惰性气体含量为92％，所述氮气和/或氧气的含量为8％；所述混合气体喷射的方向与焊接区域的水平面形成的角度为35°，所述混合气体喷射的流速为12L/min。
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