CN108637477A - 一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法 - Google Patents

一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法。其特征是：利用铣刀在铝合金表面待焊接区域中心开V型槽；采用喷枪在下层铝表面喷涂Ti和Mo的混合粉末，放在真空加热炉中加热的方式；使用电加热的方式维持焊件表面温度为200°C‑300℃；通过金相显微镜和扫描电镜检测熔池两侧的形貌以及晶粒的大小，使用仪器自带的标尺工具测量两侧凹陷的长度。本发明使用Ti和Mo的混合粉末可以形成Ti‑Mo连续固溶体，增大熔池两侧的凹陷，利用搅拌器使得两种粉末混合均匀，利用喷枪喷涂的方法可以使得粉末均匀分布在铝合金表面，通过预加热的方法可以增强粉末的附着能力，有利于Ti‑Mo连续固溶体的形成。

Description

一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，具体为一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法。
背景技术
激光深熔焊是利用高能量密度的激光束作为热源进行焊接的一种高效精密的焊接方法，是当今激光制造中一种先进的工艺方法。随着工业生产的迅猛发展和新材料的不断开发，对焊接结构的性能和组织要求越来越高，激光焊以高能量密度、深穿透、高精度、适应性强、热影响区小、组织性能好等优点得到广泛应用。
对于薄板焊接，在激光焊接的过程中容易生成凸陷、飞溅、夹杂等缺陷，并且熔池两侧的晶粒粗大，严重影响焊缝表面质量以及焊接接头的力学性能。适当增大熔池两侧的凹陷，焊缝表面成型性较好，焊接接头力学性能提高。
发明内容
本发明的目的在于，针对异种金属在焊接的过程中容易产生凸陷，焊缝表面产生飞溅以及夹杂，严重影响焊缝表面质量以及焊接接头的力学性能这一难题，本文提出一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法，从而提高焊缝表面质量以及焊接接头的力学性能。
本发明的方法通过下述技术方案实现：一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法，其主要包括以下步骤：
步骤1、使用铣刀在铝合金待焊接区域表面开V型槽，宽度为0.5mm-0.8mm，深度为0.3mm-0.5mm，然后使用不同规格的砂纸对钢板和铝合金板表面焊接部位进行打磨；
步骤2、将打磨好的铝合金板放入磷酸中磷化，磷化结束后，放入超声波清洗器中清洗以去除焊件表面的油污和残留物；
步骤3、将Ti粉和Mo粉按照1:2的比例放入到烧杯中，往烧杯中加入少量的丙酮，将烧杯放到搅拌器上进行搅拌，搅拌时间为5min；
步骤4、待粉末混合物干燥后将其加入到喷枪中，使用喷枪将粉末均匀的喷到铝合金板待焊接区域表面，粉末涂层的厚度0.3mm，涂抹量为30mgcm2；
步骤5、将涂有粉末的铝合金板放入真空加热炉中加热，温度控制在200°℃-300℃，加热时间为30min；
步骤6、在进行焊接试验之前，在焊件两侧放置电加热装置，对整个焊件进行加热，并维持焊件表面温度为200℃-300℃；
步骤7、待焊接结束后，将焊缝区域切成6mm×6mm小块制样，用镶样机进行镶样，镶样完成后分别用不同规格的砂纸打磨焊缝表面区域；
步骤8、使用环境扫描电镜观察熔池的形貌，并用标尺工具标出熔池两侧凹陷的尺寸；使用金相显微镜观察熔池两侧的显微组织，检测熔池两侧凹陷区域两侧晶粒大小以及焊缝的表面形貌。
本发明的效果在于：在铝合金待焊接区域开V型槽可以存储少量的混合粉末，防止将钢板和铝合金板夹紧时待焊接区域粉末发生局部窜动，保证焊接区域粉末的含量，并且开V型槽可以使得熔融的液态钢向下流动的空间变大，有利于增大熔池的两侧的凹陷。通过搅拌器使得Ti粉和Mo粉按照1:2进行混合，保证在一定温度条件下，Ti和Mo形成Ti-Mo连续固溶体，并且在加热的条件下Ti-Mo连续固溶体聚集成颗粒状，Ti-Mo连续固溶体的熔点和密度均大于钢板，在焊接过程中由于激光的搅拌作用,形成的颗粒状Ti-Mo连续固溶体流向熔池两侧，此时部分熔融的液态Fe浸润在颗粒状固溶体表面，由于固溶体的密度较大，浸润在颗粒状Ti-Mo连续固溶体表面的少量液态Fe将随着Ti-Mo连续固溶体一起向下流动，并且钢铝界面层中间的部分Ti粉可以阻止铝合金向上流动，从而使得熔池两侧产生凹陷，同时增大熔池的深度。焊接过程中形成的Fe-Mo化合物晶粒较小，可以起到细化晶粒的作用。通过对比有无添加粉末熔池两侧的微观形貌，发现加入粉末后，熔池两侧凹陷增加，熔池的深度也增加，晶粒得到细化，焊缝表面的成形性较好，焊缝表面质量得到提高。
附图说明
图1是未添加粉末熔池形貌；
图2是添加粉末熔池形貌；
图3是添加粉末晶粒大小及分布；
图4是添加粉末焊缝表面成形；
具体实施方法
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图1-4对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
该实施例提供了一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法，主要包括以下步骤：
步骤1、使用铣刀在铝合金待焊接区域表面开V型槽，宽度为0.5mm-0.8mm，深度为0.3mm-0.5mm，然后使用不同规格的砂纸对钢板和铝合金板表面焊接部位进行打磨；
该步骤中，在铝合金待焊接区域开V型槽可以存储少量的混合粉末，防止将钢板和铝合金板夹紧时待焊接区域粉末发生局部窜动，保证焊接区域粉末的含量，并且开V型槽可以使得熔融的液态钢向下流动的空间变大，熔池两侧向下流动的液态Fe增多，有利于增大熔池的两侧的凹陷；使用800目接的部位进行清洗，以去除焊件表面的油污和残留物；使用1200目砂纸对尺寸为100mm×30mm×1.4mm的钢板表面进行打磨；使用2000目砂纸对贴有保护膜的铝合金板进行打磨。
步骤2、将打磨好的铝合金板放入磷酸中磷化，磷化结束后，放入超声波清洗器中清洗以去除焊件表面的油污和残留物；
步骤3、将Ti粉和Mo粉按照1:2的比例放入到烧杯中，往烧杯中加入少量的丙酮，将烧杯放到搅拌器上进行搅拌，搅拌时间为5min；
该步骤中将Ti粉和Mo粉按照1:2进行混合，保证在一定温度条件下Ti和Mo形成Ti-Mo固溶体，并且在加热的条件下Ti-Mo连续固溶体聚集成颗粒状，Ti-Mo连续固溶体的熔点和密度均大于钢板，在焊接过程中由于激光的搅拌作用,形成的颗粒状Ti-Mo连续固溶体流向熔池两侧，此时部分熔融的液态Fe浸润在颗粒状固溶体表面，由于固溶体的密度较大，浸润在颗粒状Ti-Mo连续固溶体表面的少量液态Fe将随着Ti-Mo连续固溶体一起向下流动，并且钢铝界面层中间的部分Ti粉可以阻止铝合金向上流动，从而使得熔池两侧产生凹陷，同时增大熔池的深度。
步骤4、待粉末混合物干燥后，将其加入到喷枪中，使用喷枪将粉末均匀的喷到铝合金板待焊接区域表面，粉末涂层的厚度0.3mm，涂抹量为30mgcm2；
该步骤中首先使用喷枪将铝合金表面的V型槽充满，然后再使用喷枪将粉末均匀喷涂到待焊接区域，喷涂区域的面积为30mm×30mm。
步骤5、将涂有粉末的铝合金板放入真空加热炉中加热，温度控制在200°℃-300℃，加热时间为30min；
该步骤中使用真空加热炉对铝合金板进行加热，可以增强Ti和Mo的混合粉末的附着在铝表面的能力。
步骤6、在进行焊接试验之前，在焊件两侧放置电加热装置，对整个焊件进行加热，并维持焊件表面温度为200℃-300℃；
该步骤中使用电加热的方式使得焊件表面维持一定的温度目的是因为只有在一定的温度条件下Ti粉和Mo粉才能聚集形成颗粒状连续固溶体，本发明维持焊件表面温度200℃-300℃，有利于Ti-Mo颗粒状连续固溶体的形成。
步骤7、待焊接结束后，将焊缝区域切成6mm×6mm小块制样，用镶样机进行镶样，镶样完成后分别用不同规格的砂纸打磨焊缝表面区域；
该步骤中，使用镶样机进行镶样，镶样时间为8分钟，镶样完成后分别用800、1200、2000目的砂纸打磨焊缝区域。
步骤8、使用环境扫描电镜观察熔池的形貌，并用标尺工具标出熔池两侧凹陷的尺寸；使用金相显微镜观察熔池两侧的显微组织，检测熔池两侧凹陷区域两侧晶粒大小以及焊缝的表面形貌。
该步骤中，在使用金相显微镜观察熔池两侧显微组织之前，先将制好的试样放在硝酸溶液中腐蚀10秒钟，腐蚀完之后用丙酮和清水洗涤。
激光焊接时所使用的设备为YAG固体连续激光器，激光焊接工艺参数为：激光入射功率P＝2100W，焊接速度v＝35mms，离焦量f＝0mm。
本发明的实施例中，所述的钢板试件为DP590双相钢，铝试件为6016铝合金。本文熔池的形貌通过FEI QUANTA200扫描电镜获得，熔池两侧的晶粒大小通过金相显微镜获得。
从本发明实施例的结果来看，通过喷枪将Ti和Mo的混合粉末均匀喷涂到下层铝合金表面，经过预热完成焊接试验，熔池两侧凹陷增加(附图2)，熔池沿深度方向增加，晶粒得到细化(附图3)，焊缝表面质量得到提高(附图4)。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。

Claims (3)

1.一种增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法，其特征在于其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、使用铣刀在铝合金待焊接区域表面开V型槽，宽度0.5mm-0.8mm，深度为0.3mm-0.5mm，然后使用不同规格的砂纸对钢板和铝合金板表面焊接部位进行打磨；
步骤2、将打磨好的铝合金板放入磷酸中磷化，磷化结束后，放入超声波清洗器中清洗以去除焊件表面的油污和残留物；
步骤3、将Ti粉和Mo粉按照1:2的比例放入到烧杯中，往烧杯中加入少量的丙酮，将烧杯放到搅拌器上进行搅拌，搅拌时间为5min；
步骤4、待粉末混合物干燥后将其加入到喷枪中，使用喷枪将粉末均匀喷到铝合金板待焊接区域表面，粉末涂层的厚度0.3mm，涂抹量为30mgcm2；
步骤5、将涂有粉末的铝合金板放入真空加热炉中加热，温度控制在200℃-300℃，加热时间为30min；
步骤6、在进行焊接试验之前，在焊件两侧放置电加热装置，对整个焊件进行加热，并维持焊件表面温度为200℃-300℃；
步骤7、待焊接结束后，将焊缝区域切成6mm×6mm小块制样，用镶样机进行镶样，镶样完成后分别用不同规格的砂纸打磨焊缝表面区域；
步骤8、使用环境扫描电镜观察熔池的形貌，并用标尺工具标出熔池两侧凹陷的尺寸；使用金相显微镜观察熔池两侧的显微组织，检测熔池两侧凹陷区域两侧晶粒大小以及焊缝的表面形貌。
2.根据权利要求1所述的增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法，其特征在于：步骤2中，开V型槽使得熔融的液态钢向下流动的空间变大，熔池两侧向下流动的液态Fe增多，增大熔池的两侧的凹陷。
3.根据权利要求1所述的增加异种金属焊接熔池两侧凹陷的方法，其特征在于：
步骤3中，将Ti粉和Mo粉按照1:2进行混合，保证在一定温度条件下Ti和Mo形成Ti-Mo固溶体，并且在加热的条件下Ti-Mo连续固溶体聚集成颗粒状，Ti-Mo连续固溶体的熔点和密度均大于钢板，在焊接过程中由于激光的搅拌作用,形成的颗粒状Ti-Mo连续固溶体流向熔池两侧，此时部分熔融的液态Fe浸润在颗粒状固溶体表面，由于固溶体的密度较大，浸润在颗粒状Ti-Mo连续固溶体表面的少量液态Fe将随着Ti-Mo连续固溶体一起向下流动，并且钢铝界面层中间的部分Ti粉可以阻止铝合金向上流动，从而使得熔池两侧产生凹陷，同时增大熔池的深度。
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