CN103447700A - 镀锌钢与铝的焊接方法 - Google Patents

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宋仁国
徐一铭
孔德军
陆海
李海
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Abstract

本发明公开了一种镀锌钢与铝的焊接方法，采用激光-TIG复合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，该方法包括步骤：(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2～5mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为8～12mm，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，TIG的电弧电压为22～28V，焊接速度为1.3～1.8m／s，所述填充焊料为Al-Si合金材料。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

镀锌钢与铝的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接加工技术领域，尤其涉及一种镀锌钢与铝的焊接方法。
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。然而单纯使用激光焊接有可能导致母材融化导致焊接失败，激光焊接与其它热源复合焊接是比较好的解这一问题的方案，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，提供一种镀锌钢与铝的焊接方法，采用激光-TIG复合焊接工艺通过填充焊料对镀锌钢工件和铝工件进行焊接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种镀锌钢与铝的焊接方法，采用激光-TIG复合焊接工艺通过填充焊料对镀锌钢工件和铝工件进行焊接，其中激光焊接头与TIG焊接头采用旁轴组合的方式，该方法包括步骤：
(a)、对铝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2～5mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为8～12mm，其中，所述激光光斑的1／3照射于铝工件，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，TIG的电弧电压为22～28V，焊接速度为1.3～1.8m／min，所述填充焊料为Al-Si合金材料。
优选的，调节激光光束的焦点位于焊接区域上方3mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为10mm。
优选的，所述激光焊接功率为1.7KW，TIG的电弧电压为25V，焊接速度为1.5m／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，在焊接过程中，使用惰性气体喷射焊接区域进行保护。
优选的，所述惰性气体为氦气、氩气或氦气与氩气的混合气体。
优选的，所述喷射气体喷射的流速为20～25L／min。
本发明的有益效果是，本发明采用激光-TIG复合焊接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为8～12mm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，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。
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、TIG焊接头，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，本实施例提供的一种采用激光-TIG复合焊接工艺通过填充焊料6对镀锌钢工件5和铝材工件4进行焊接的方法，其中激光焊接头1与TIG焊接头3采用旁轴组合的方式，具体的，该方法包括步骤：
(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；其中，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；
(b)、调节激光光束2的焦点位于焊接区域上方一段距离，该距离可以选择为2～5mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为8～12mm，并且，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；本实施例中，调节激光光束2的焦点位于焊接区域上方3mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为10mm；
其中，激光焊接功率可以选择为1.5～1.8KW，TIG的电弧电压可以选择为22～28V，焊接速度可以选择为1.3～1.8m／min，所述填充焊料6为Al-Si合金材料；本实施例中，设定所述激光焊接功率为1.7KW，TIG的电弧电压为25V，焊接速度为1.5m／min；所述激光焊接的光源可以选择为CO2气体激光器或者是YAG固体激光器。
在焊接过程中，使用惰性气体喷射焊接区域进行保护；其中所述惰性气体可以为氦气、氩气或氦气与氩气的混合气体，所述惰性气体喷射的流速可以选择为20～25L／min；在本实施例中，所述惰性气体为氦气，其喷射的流速为22L／min。
本发明采用激光-TIG复合焊接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为8～12mm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，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。
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)

1.一种镀锌钢与铝的焊接方法，采用激光-TIG复合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，其中激光焊接头(1)与TIG焊接头(3)采用旁轴组合的方式，其特征在于，该方法包括步骤：
(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2～5mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为8～12mm，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，TIG的电弧电压为22～28V，焊接速度为1.3～1.8m／min，所述填充焊料(6)为Al-Si合金材料。
2.根据权利要求1所述的镀锌钢与铝的焊接方法，其特征在于，调节激光光束(2)的焦点位于焊接区域上方3mm，使照射于焊接区域的激光光斑的直径为10mm。
3.根据权利要求1所述的镀锌钢与铝的焊接方法，其特征在于，所述激光焊接功率为1.7KW，TIG的电弧电压为25V，焊接速度为1.5m／min。
4.根据权利要求1所述的镀锌钢与铝的焊接方法，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。
5.根据权利要求1所述的镀锌钢与铝的焊接方法，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。
6.根据权利要求1所述的镀锌钢与铝的焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，使用惰性气体喷射焊接区域进行保护。
7.根据权利要求6所述的镀锌钢与铝的焊接方法，其特征在于，所述惰性气体为氦气、氩气或氦气与氩气的混合气体。
8.根据权利要求6所述的镀锌钢与铝的焊接方法，其特征在于，所述喷射气体喷射的流速为20～25L／min。
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