CN108941914B - 一种中厚板铝合金双面对称激光复合填丝电弧焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种中厚板铝合金双面对称环形激光复合填丝电弧焊接方法，首先，通过环形激光填丝焊进行正面焊接，坡口深度约为2mm，坡口角度为30～40°，熔深约为5mm；同时，通过环形激光‑电弧复合焊进行背面焊接，背面坡口深度约为3mm，坡口角度为45～50°，熔深约为6mm，最终使两种焊接深度恰好熔合为无缝隙完整焊缝。有效控制中厚板铝合金焊接易出现裂纹、气孔、成形困难的一系列焊接缺陷，同时解决了中厚板铝合金焊接激光功率不足的问题，另外，环形光斑防止了高斯形光斑中心对材料产生的过烧现象。此焊接方法不仅从宏观上改善了焊缝成形，而且从微观上细化了显微组织。

Description

一种中厚板铝合金双面对称激光复合填丝电弧焊接方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车电池包托架领域和材料加工技术领域。具体是一种中厚板铝合金双面对称激光复合填丝电弧焊接方法。
背景技术
铝合金因具有较高的比强度和比刚度、耐腐蚀性能好、无磁性、良好的导电、导热性以及良好的加工和力学性能，成为新能源汽车行业的首选材料。随着现代新能源汽车行业的迅速发展，对中厚板铝合金焊接接头强度与综合性能提出了更高的要求。新能源汽车各结构零部件主要通过焊接成形，因此焊接性能是其重要的工艺性能指标。中厚板铝合金焊接存在着以下几大难点：(1)焊接接头软化严重，强度系数低；(2)表面易产生难熔点为2060℃的Al2O3氧化膜，需采用大功率密度的焊接工艺；(3)焊接过程中易产生气孔及裂纹；(4)铝合金线膨胀系数大，易产生焊接变形；(5)由于其厚度大以及高热导性因素，当采用普通焊接方法时，因其焊接热输入量小，需采用多层多道焊，因此焊缝表面易形成高熔点氧化膜，导致焊缝夹渣，而且焊后裂纹倾向严重，焊缝强度较低。因此，普通焊接方法对中厚板铝合金的焊接难度极大。鉴于以上中厚板铝合金焊接特点与难点，要想得到优良的焊缝，需采用高效合理的焊接方法。目前，真空电子束焊接为中厚板铝合金普遍的焊接方法，虽然焊接质量较好，但是焊接局限性及适应性极差，焊接成本较高，中小型企业难以承受。
双面对称激光复合填丝电弧焊接方法是环形激光填丝焊与环形激光-电弧复合焊接方法的两种方法耦合，该方法具有高效率、高性能和高适应性，对于中厚板铝合金焊接具有较大优势，解决了普通激光焊接激光功率密度较大，焊缝难以成形，焊缝内部易出现缺陷的问题。国内焊接界围绕着中厚板铝合金激光焊接瓶颈做出了大量的研究，但效果并不显著，因此，该焊接方法对新能源汽车的应用前景更为广阔和适用。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对普通激光焊接方法的不足，而提供一种铝合金双面对称激光复合填丝电弧焊接方法，为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案包括以下步骤：
a)选择铝合金板，厚度为10～15mm；
b)坡口加工：坡口为不对称X型，装配间隙为0～0.2mm，正面坡口角度为30～40°，坡口深度约为0～2mm，背面坡口角度为45～50°，坡口深度约为0～3mm；坡口形状尺寸与普通坡口相比，其尺寸较小；
c)选用牌号为ER5183铝镁焊丝，直径为φ＝0.8～1.2mm；焊丝受热熔化并过渡至熔池金属中，可调节焊缝金属成分，焊接过程的稳定较高；
d)采用拉丝布去除铝合金板及焊丝表面氧化膜；采用丙酮去除其表面污垢，再用酒精擦拭，并用压缩空气吹干；
e)首先，对铝合金板始端与末端采用点焊法将其固定；其次，采用环形激光复合填丝电弧焊接方法对正面进行焊接，激光功率为3.5～4kW、焊接速度为1～1.2m/min、离焦量为5～10mm、送丝速度为3.5～5m/min、光丝间距为1～3mm、焊枪倾斜角度为10～30°；
f)采用环形激光-电弧复合焊对其背面焊接接方法对铝合金板背面进行焊接，激光功率为3～3.5kW、焊接速度为1～1.2m/min、离焦量为(-2)～0mm、光丝间距为1～3mm、焊接电流130～160A、焊枪倾斜角度30～45°。
进一步的，所述铝合金板可以采用锁紧型夹具固定。
进一步的，所述铝合金板的正面可以采用环形激光-电弧复合焊接。
进一步的，所述激光加工头光斑外直径0.3mm，内直径0.2mm，保护气采用体积分数为99.9～99.999％的氩气。
进一步的，所述坡口为对称X型，装配间隙为0～0.2mm，坡口角度为30～50°，坡口深度约为2～3mm。
进一步的，所述铝合金板始端与末端正、背面点焊不少于4点。
与其它焊接技术相比，本发明方法具有如下优点：
1、本发明与普通焊接方法相比，加入ER5183铝镁焊丝，提高焊接接头力学性能，熔丝金属的填充保证了焊缝成形质量，避免了咬边，飞溅、气孔及夹渣等焊接缺陷的产生。
2、本发明与激光自熔焊接相比，降低了激光功率密度，减少焊接成本，又因添加了焊丝与电弧，减小了焊接裂纹的产生，以及降低了单激光焊接对工件装配间隙、错边以及对中的精度要求。
3、以10mm厚铝合金为例:对于板厚≥10mm的铝合金板材来说，普通的激光焊接方法一般是采用多层多道的激光焊接方法，而采用本发明可以实现单道一次焊接成形，大大降低焊后残余应力、焊接变形和裂纹倾向，而且可以极大提高焊接效率，并且改良了焊缝显微组织粗大现象，提高了焊接接头的力学性能。
附图说明
图1为新能源汽车电池托架铝合金环形激光填丝焊与激光-电弧复合焊坡口示意图
图2为新能源汽车电池托架铝合金环形激光填丝焊接设备原理图
图3为新能源汽车电池托架铝合金环形激光-电弧复合焊接设备原理图
图4为新能源汽车电池托架铝合金环形激光填丝焊接正面焊缝成形图
图5为新能源汽车电池托架铝合金环形激光-电弧复合焊接背面焊缝成形图
图1中：H-母材厚度，θ1-激光填丝焊坡口角度，θ2-激光-电弧复合焊坡口角度，h1-激光填丝焊坡口深度，h2-激光-电弧复合焊坡口深度。
图2中：a-组合式圆锥形光学系统，b-环形激光焊接头，c-激光填丝焊保护气嘴，d-填丝焊焊枪。
图3中：a-组合式圆锥形光学系统，b-环形激光焊接头，c-弧焊保护气嘴，d-弧焊焊枪。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做详细说明。
参见附图1-5，采用本发明方法对10mm厚铝合金板不对称X坡口平板对接进行环形激光填丝焊与环形激光-电弧复合焊双面成形；环形激光填丝焊采用正面单道成形焊接工艺，坡口角度θ1＝30°，坡口深度h1＝2mm；环形激光填丝焊工艺参数：激光功率3.7kW、焊接速度1.2m/min、离焦量为6mm、送丝速度4m/min、光丝间距1mm、焊枪倾斜角度30°；环形激光-电弧复合焊采用背面单道成形焊接工艺，坡口角度θ2＝45°，坡口深度h2＝3mm；环形激光-电弧复合焊工艺参数：激光功率3.1kW、焊接速度1m/min、离焦量～2mm、光丝间距1.5mm、焊接电流150A、焊枪倾斜角度30°。均采用直径φ＝1.2mm的ER5183铝镁焊丝，保护气体为体积分数为99.999％的氩气，流量为20L/min。环形激光填丝焊与环形激光-电弧复合焊的焊缝成形良好，无裂纹、咬边等焊接缺陷；焊接接头拉伸试验的断裂位置为焊缝热影响区，焊接接头拉伸性能均为母材的85％以上，且断裂形式为韧性断裂，充分满足了其使用性能要求。

Claims (4)

1.一种中厚板铝合金双面对称环形激光复合填丝电弧焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：a)选择铝合金板，厚度为10～15mm；b)坡口加工：坡口为不对称X型，装配间隙为0～0.2mm，正面坡口角度为30～40°，坡口深度为0～2mm，背面坡口角度为45～50°，坡口深度为0～3mm；c)选用牌号为ER5183铝镁焊丝，直径为Φ＝0.8～1.2mm；d)采用拉丝布去除铝合金板及焊丝表面氧化膜；采用丙酮去除其表面污垢，再用酒精擦拭，并用压缩空气吹干；e)首先，对铝合金板始端与末端采用点焊法将其固定；其次，采用环形激光复合填丝电弧焊接方法对正面进行焊接，激光功率为3.5～4kW、焊接速度为1～1.2m/min、离焦量为5～10mm、送丝速度为3.5～5m/min、光丝间距为1～3mm、焊枪倾斜角度为10～30°；f)采用环形激光复合填丝电弧焊接方法对铝合金板背面进行焊接，激光功率为3～3.5kW、焊接速度为1～1.2m/min、离焦量为-2～0mm、光丝间距为1～3mm、焊接电流130～160A、焊枪倾斜角度30～45°。
2.根据权利要求1所述的一种中厚板铝合金双面对称环形激光复合填丝电弧焊接方法，其特征在于：铝合金板采用锁紧型夹具固定。
3.根据权利要求1所述的一种中厚板铝合金双面对称环形激光复合填丝电弧焊接方法，其特征在于：激光加工头光斑外直径0.3mm，内直径0.2mm，保护气采用体积分数为99.9～99.999％的氩气。
4.根据权利要求1所述的一种中厚板铝合金双面对称环形激光复合填丝电弧焊接方法，其特征在于：所述铝合金板始端与末端正、背面点焊不少于4点。
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