CN109158781A - 一种用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法 - Google Patents

一种用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于铝合金/高氮钢的激光点焊‑炉中钎焊复合焊接方法，首先对铝合金和高氮钢待焊部位进行表面预处理，夹具固定待焊部位，其次采用激光点焊对待焊部位进行点焊固定，然后将预制钎料膏涂覆于待焊面中，最后采用炉中钎焊对除了激光点焊位置的其余待焊位置进行连接。本发明钢母材几乎不熔化，使得氮元素不流失，克服了传统焊接方式的气孔缺点，使得氮元素几乎无损失；本发明钎焊过程中钢母材几乎不熔化，即无变形，有效提高了接头的连接强度和力学性能，焊接接头成型非常好；本发明整个过程在气体保护环境下实施，使焊接过程中杂质元素、外界气体无法参与反应，因而获得的接头无缺陷、洁净度高、性能优异。

Description

一种用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法
技术领域
本发明涉及一种用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，属于焊接技术领域。
背景技术
铝钢连接，由于二者之间固溶度低、热物理性能差异大，是焊接领域中的难点问题之一。目前，铝钢连接方法大致分为三类：一类是压力焊，主要是摩擦焊、扩散焊、爆炸焊等，该方法有利于钢与铝及铝合金的焊接，焊前须彻底清洗连接表面，消除氧化物及薄膜，但这类方法缺点是焊件的形状受到一定限制，同时接头处具有一定的变形；一类是熔化焊，主要是氩弧焊、碳弧焊、电子束焊等方法；采用这类方法须在钢表面镀覆一层过渡金属，此金属与铝必须结合良好，才能获得良好的接头；还有一类：熔钎焊，主要是激光熔钎焊、CMT熔钎焊、激光TIG熔钎焊、激光MIG熔钎焊，采用这类方法铝母材熔化，然后与钢母材进行连接，铝一侧属于熔焊，钢一侧属于钎焊，待焊工件铝侧发生了变形，对精密工件来说，具有一定局限性，且由于母材铝侧熔化较多，对于复杂精密零部件(焊点多而小)来说，母材发生了变形和损伤，焊缝界面容易发生熔穿、未焊上等缺陷。另外，单独采用钎焊工艺，比如炉中钎焊、真空钎焊、炉中钎焊，铝、钢均不熔化，借助现有液态钎料难以直接实现铝钢异种材料的连接，目前市场上现有钎料仅可以单独钎焊钢(铁基钎料、银基钎料)，或者单独钎焊铝(铝基钎料)，但无法同时钎焊铝钢，钎料成分及钎焊性具有局限性。
专利2013101716866公开的采用添加合金夹层与机械镶嵌相结合，实现铝钢异种材料的冷金属过渡焊接方法(CMT)，利用镍熔覆层改善铝钢连接界面，提高接头强度，但该方法CMT焊机价格昂贵，镍基合金立柱的精度不易控制，影响铝钢接头的连接质量和性能。专利201710697166公开的采用铜基改性粉末处理+激光处理相结合，实现铝钢异种材料的连接。专利2016109533176公开的铝材表面渗铬的钎焊方法，虽然能够实现铝钢异种材料的连接，但是接头的强度较低，无法保证铝钢连接件的工程实际使用要求。因此，目前仍没有良好的铝钢异种材料连接方法。
目前现有的钎焊、激光焊、MIG焊、埋弧焊等焊接方法在铝钢异种材料连接方面存在一定的局限性，急需开发一种新的焊接方法解决此问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种无钎剂腐蚀、洁净度高、性能优异的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，首先对铝合金和高氮钢待焊部位进行表面预处理，夹具固定待焊部位，其次采用激光点焊对待焊部位进行点焊固定，然后将预制钎料膏涂覆于待焊面中，最后采用炉中钎焊对除了激光点焊位置的其余待焊位置进行连接。
铝合金为7系铝合金；高氮钢的氮含量超过0.9wt％。
高氮钢包括以下重量份的原料：N：2.8～5.8份，Fe：51～65份，Cr：24～29份，Mn：21～26份，Mo：5.2～6.5份，C：0.2～0.3份，Si：0.3～0.5份，Nb：0.2～0.35份，Al：0.05～0.06份，S：0.02～0.05份，P：0.05～0.08份。
表面预处理方法为：对铝合金和高氮钢待焊部位依次进行机械抛光、电解抛光、酒精擦洗。
激光点焊的工艺参数为：激光功率：400～500W；点焊总时间：120～180ms；焊接速度：5～8mm/s；透镜焦距：出光频率：10～15Hz。
激光点焊的操作为：在初始0.5ms内，使激光功率从0上升至100％全功率，然后在100％全功率时持续8.5～9ms，在100％全功率持续时间内完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降至0。
钎料膏的制备方法为：
(1)按照Pd：Ni：Cr：Mn：镀镍石墨烯：Re：Si：B＝25～28：39～46：36～39：12～15：3.2～7.5：7～11：6～9：2～5.5的重量比称取原料，并混合制得合金粉末；
(2)称取蒸馏水15～30重量份、水基粘结剂15～30重量份、丙酮5～12重量份、酒精6～12重量份，混合并搅拌均匀；
(3)称取合金粉末45～70重量份、辅助添加剂15～21重量份加入步骤(2)的混合物中，搅拌均匀，并抽真空备用。
镀镍石墨烯的制备方法为：
(1)取氧化石墨烯，对其依次进行粗化、敏化和活化处理；
(2)将敏化处理后的氧化石墨烯放入还原剂中进行还原，洗涤、干燥后制得还原石墨烯，备用；
(3)采用电沉积法在还原石墨烯表面进行镀镍，制得镀镍石墨烯；电沉积法的参数优选如下：电流密度：2.5～3.7A/dm2，温度：35～46℃，pH值：4.5～6.8，沉积液：硫酸镍61～81g/L，氯化镍41～50g/L，硼酸28～36g/L，十二烷基磺酸钠5.2～6.8g/L，沉积速率：1.3～1.75μm/min，沉积时间：180～365s；
(4)采用直流磁控溅射法在镀镍石墨烯表面沉积金属钼离子制成负载有钼离子的镀镍石墨烯；直流磁控溅射法的参数优选如下：靶材为纯度99.99％的重量比3：7镍钼合金靶，基片为载玻片，电压功率0.8～0.95kV，真空度(0.8～1.3)×10-4Pa时，通入纯度99.99％的氩气作为放电和溅射气体，溅射功率：110～140W，沉积时间：2～2.5min；
(5)将负载有钼离子的镀镍石墨烯放入球磨罐中磨成粉末，制得镀镍石墨烯粉末，粉末的粒径优选为86～112μm。
还原石墨烯的制备方法参照发明名称为“一种含有改性石墨烯的高强度抗菌牙科钎料及其制备方法”(申请号：2018103066691)的专利申请。
水基粘结剂为重量比24～36：45～61：15～23：14～22：7～12的磷酸锌、氯化铵、聚乙二醇、氰基丙烯酸丁酯、高硫酸钠混合物。
辅助添加剂为重量比24～36：12～18：84～126的钡玻璃粉、酒石酸钠、气相二氧化硅混合物。
炉中钎焊的具体方法为：
(1)将已涂覆预制钎料膏的整个工件放入炉腔；
(2)设定炉腔单元的氩气进气流量，3～6L/min；
(3)设定温度控制单元，加热至高于钎料膏熔化温度50～100℃，进行保温45～55s；
(4)保温完成后，进行降温，当工件冷却至室温时，打开炉腔，当腔内外压力相同时，取出工件；
(5)采用红外探伤对焊缝进行检测，如果发现有焊缝中存在缺陷，采用上述(1)-(4)步骤进行补焊；如果焊缝中没有出现缺陷，焊接过程结束。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
1、激光点焊-炉中钎焊复合焊的优点：
本发明采用激光点焊-炉中钎焊复合焊，克服了熔化焊需要镀覆或渗镀金属的难点，避免了母材铝-钢变形的情况。利用激光点焊焊接速度(开始、结束段)快、定位精确、无需焊材，将铝及铝合金与钢进行点焊固定，一般12～16个焊点，只需要8～11ms，焊缝质量美观、无缺陷出现；然后在其他待焊点涂抹钎料膏，采用气体保护环境的炉中钎焊方法进行焊接，一方面炉中钎焊整体对工件加热，使得待焊铝合金/高氮钢加热均匀，焊接过程中不产生残余应力、热裂纹等缺陷，另一方面，气体保护环境钎焊，液态钎料与铝合金/高氮钢连接时，钎缝界面不易产生气孔、夹杂等缺陷，保证焊接质量和性能。同时，复合焊接方法中，激光、炉中热辐射与铝、钢母材、钎料不接触，通过光束与辐射加热，在焊接过程中无需施加压力；铝合金/高氮钢在高温下容易产生高温蠕变、相变等，其组织性能将会变化，降低了焊接接头的性能，复合焊接过程中铝合金/高氮钢不熔化，可以避免上述组织性能变化问题。
2、钎料膏的优点
Pd：与镍、硅、铼、锰等元素互溶，能形成固溶体，提高钎料和接头的抗高温强度；是连接铝合金/高氮钢异种材料钢侧的主要元素之一；
Ni：改善钎料润湿性、提高钎焊接头强度、耐蚀性，净化钎缝晶界、改善钎料加工性能，是连接铝合金/高氮钢异种材料钢侧最重要的元素之一；
Cr：与镍、锰无限固溶，可提高钎料和接头强度、耐蚀性，是连接铝合金/高氮钢异种材料钢侧最重要的元素之一；
Mn：降低熔化温度、改善钎料润湿性，具有二次脱氧作用；同时可提高钎料显微硬度和高温强度；
Re：铼在钎料中添加的很少，鲜有报道，本发明钎料添加铼元素，提高钎料的填缝能力和接合能力；
Si：改善钎料润湿性，细化钎料组织，提高钎料和钎焊接头的强度；与铝可以形成共晶，共晶点Si的质量分数为11.7％，是连接铝合金/高氮钢异种材料铝侧最重要的元素；
B：改善钎料的塑性，增强钎料的铺展性和流动性，是连接铝合金/高氮钢异种材料铝侧最重要的元素之一。
镀镍石墨烯：加入了表面负载有钼离子的镀镍石墨烯，一方面石墨烯具有优良的电学、热学、力学等性质，同时密度低、结构稳定性好，添加进入钎料中可以明显改善钎料的润湿性、导热性和钎焊性，通过在石墨烯表面镀镍，不仅防止石墨烯在钎料膏和液态钎料中漂浮不定，使钎料成分不均和组织中出现氧化物的问题，而且大幅度增强了制备复合钎料的拉伸强度，远高于其他方法，另一方面在镀镍石墨烯表面负载钼离子，当复合钎料在使用过程中，钼离子被缓慢释放出来，由于钼离子在极低的浓度下，就能够抑制高氮钢中氮化物、碳化物等缺陷的出现与生成，提高接头的力学性能。
(1)本发明钢母材几乎不熔化，使得氮元素不流失，克服了传统焊接方式的气孔缺点，使得氮元素几乎无损失；
(2)本发明钎焊过程中钢母材几乎不熔化，即无变形，有效提高了接头的连接强度和力学性能，焊接接头成型非常好；
(3)本发明激光、炉中热辐射与母材、钎料不接触，通过辐射加热，在焊接过程中无需施加压力；
(4)本发明整个过程在气体保护环境下实施，使焊接过程中杂质元素、外界气体无法参与反应，因而获得的接头无缺陷、洁净度高、性能优异；
(5)本发明激光点焊-炉中钎焊复合焊接在连接钢时由于温度较低，可以有效的防止接头处产生氮化物、碳化物、碳氮化物以降低其性能；
(6)所焊钢母材在高温下容易产生高温蠕变、相变等，其组织性能将会变化，降低了焊接接头的性能，本发明复合焊接过程中钢几乎不熔化，可以避免上述组织性能变化问题；
(7)本发明所用钎料膏中含有钯、镍、锰、铬等元素，不仅可以有效润湿钢，而且与母材几乎无限固溶，形成冶金结合，增强接头的力学性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1
一种7005铝合金/高氮钢(N：2.8重量份，Fe：65重量份，Cr：24重量份，Mn：21重量份，Mo：5.2重量份，C：0.2重量份，Si：0.3重量份，Nb：0.2重量份，Al：0.05重量份，S：0.02重量份，P：0.05重量份)的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，包括以下步骤：
(1)对厚度为1mm的7005铝合金板和厚度为1.5mm的高氮钢板待焊部位依次进行机械抛光、电解抛光、酒精擦洗，然后将铝合金和高氮钢待焊部位进行对接，用夹具固定；
(2)采用激光点焊方法对待焊部位进行点焊固定，激光点焊工艺参数为：激光功率：400W；点焊总时间：120ms；焊接速度：5mm/s；透镜焦距：出光频率：10Hz；
激光点焊的操作为：在初始0.5ms内，使激光功率从0上升至100％全功率，然后在100％全功率时持续8.5ms，在100％全功率持续时间内完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降至0；
(3)将预制钎料膏涂覆于待焊面中，预制钎料膏的制备方法为：
①按照Pd：Ni：Cr：Mn：镀镍石墨烯：Re：Si：B＝25：46：36：12：3.2：7：6：2的重量比称取原料，混合并研磨至粒径为150μm，制得合金粉末；
②称取蒸馏水15重量份、水基粘结剂(重量比36：45：15：14：7的磷酸锌、氯化铵、聚乙二醇、氰基丙烯酸丁酯、高硫酸钠混合物)15重量份、丙酮5重量份、酒精6重量份，混合并搅拌均匀；
③称取合金粉末70重量份、辅助添加剂(重量比24：18：126的钡玻璃粉、酒石酸钠、气相二氧化硅混合物)15重量份加入步骤(2)的混合物中，搅拌均匀，利用真空扩散炉对其进行抽真空(真空度0.5×10-5MPa)，预制为钎料膏；
(4)采用钎焊炉进行炉中钎焊，对除了激光点焊位置的其余待焊位置进行连接，具体工艺为：
①将已涂覆预制钎料膏的整个工件放入炉腔；
②设定炉腔单元的氩气进气流量，3L/min；
③设定温度控制单元，加热至高于钎料膏熔化温度50℃，进行保温55s；
④保温完成后，进行降温，当工件冷却至室温时，打开炉腔，当腔内外压力相同时，取出工件；
⑤采用红外探伤对焊缝进行检测，如果发现有焊缝中存在缺陷，采用上述①-④步骤进行补焊；如果焊缝中没有出现缺陷，焊接过程结束。
机械抛光、电解抛光、酒精擦洗的具体方法为：
(1)机械抛光：
将需要焊接的工件表面进行磨光处理，待焊工件依次经过100#、400#、600#、800#、1000#、1500#和2000#的干湿两用金相砂纸机械抛光后，再用金丝绒抛光布配合M1.5抛光剂进行机械抛光；
(2)电解抛光：
将高氯酸和乙醇以体积比1：4的比例进行混合，获得电解抛光液；利用配制的电解抛光液对经步骤(1)机械抛光的工件进行电解抛光，电解抛光直流电压为20V，电流为1.0A，温度为-20℃，抛光时间为75s；
(3)酒精擦洗：
电解抛光完毕后，将工件采用乙醇清洗去除其表面的酸溶液，即完成表面预处理。
镀镍石墨烯的制备方法为：
(1)取氧化石墨烯，对其依次进行粗化、敏化和活化处理；
(2)将敏化处理后的氧化石墨烯放入还原剂中进行还原，洗涤、干燥后制得还原石墨烯，备用；
(3)采用电沉积法在还原石墨烯表面进行镀镍，制得镀镍石墨烯；电沉积法的参数如下：电流密度：3.7A/dm2，温度：35℃，pH值：4.5，沉积液：硫酸镍81g/L，氯化镍41g/L，硼酸28g/L，十二烷基磺酸钠5.2g/L，沉积速率：1.75μm/min，沉积时间：180s；
(4)采用直流磁控溅射法在镀镍石墨烯表面沉积金属钼离子制成负载有钼离子的镀镍石墨烯；直流磁控溅射法的参数如下：靶材为纯度99.99％的镍钼(镍钼重量比3：7)合金靶，基片为载玻片，电压功率0.8kV，真空度1.3×10-4Pa时，通入纯度99.99％的氩气作为放电和溅射气体，溅射功率：140W，沉积时间：2min；
(5)将负载有钼离子的镀镍石墨烯放入球磨罐中磨成粉末，制得镀镍石墨烯粉末，粉末的粒径为86μm。
实施例2
一种7075铝合金/高氮钢(N：5.8重量份，Fe：51重量份，Cr：29重量份，Mn：26重量份，Mo：6.5重量份，C：0.3重量份，Si：0.5重量份，Nb：0.35重量份，Al：0.06重量份，S：0.05重量份，P：0.08重量份)的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，包括以下步骤：
(1)对厚度为2.5mm的7075铝合金板和厚度为2mm的高氮钢板待焊部位依次进行机械抛光、电解抛光、酒精擦洗，然后将铝合金和高氮钢待焊部位进行对接，用夹具固定；
(2)采用激光点焊方法对待焊部位进行点焊固定，激光点焊工艺参数为：激光功率：500W；点焊总时间：180ms；焊接速度：8mm/s；透镜焦距：出光频率：15Hz；
激光点焊的操作为：在初始0.5ms内，使激光功率从0上升至100％全功率，然后在100％全功率时持续9ms，在100％全功率持续时间内完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降至0；
(3)将预制钎料膏涂覆于待焊面中，预制钎料膏的制备方法为：
①按照Pd：Ni：Cr：Mn：镀镍石墨烯：Re：Si：B＝28：39：39：15：7.5：11：9：5.5的重量比称取原料，混合并研磨至粒径为150μm，制得合金粉末；
②称取蒸馏水30重量份、水基粘结剂(重量比24：61：23：22：12的磷酸锌、氯化铵、聚乙二醇、氰基丙烯酸丁酯、高硫酸钠混合物)30重量份、丙酮12重量份、酒精12重量份，混合并搅拌均匀；
③称取合金粉末45重量份、辅助添加剂(重量比36：12：84的钡玻璃粉、酒石酸钠、气相二氧化硅混合物)21重量份加入步骤(2)的混合物中，搅拌均匀，利用真空扩散炉对其进行抽真空(真空度0.5×10-5MPa)，预制为钎料膏；
(4)采用钎焊炉进行炉中钎焊，对除了激光点焊位置的其余待焊位置进行连接，具体工艺为：
①将已涂覆预制钎料膏的整个工件放入炉腔；
②设定炉腔单元的氩气进气流量，6L/min；
③设定温度控制单元，加热至高于钎料膏熔化温度100℃，进行保温45s；
④保温完成后，进行降温，当工件冷却至室温时，打开炉腔，当腔内外压力相同时，取出工件；
⑤采用红外探伤对焊缝进行检测，如果发现有焊缝中存在缺陷，采用上述①-④步骤进行补焊；如果焊缝中没有出现缺陷，焊接过程结束。
机械抛光、电解抛光、酒精擦洗的具体方法为：
(1)机械抛光：
将需要焊接的工件表面进行磨光处理，待焊工件依次经过100#、400#、600#、800#、1000#、1500#和2000#的干湿两用金相砂纸机械抛光后，再用金丝绒抛光布配合M1.5抛光剂进行机械抛光；
(2)电解抛光：
将高氯酸和乙醇以体积比1：4的比例进行混合，获得电解抛光液；利用配制的电解抛光液对经步骤(1)机械抛光的工件进行电解抛光，电解抛光直流电压为15V，电流为1.5A，温度为-30℃，抛光时间为40s；
(3)酒精擦洗：
电解抛光完毕后，将工件采用乙醇清洗去除其表面的酸溶液，即完成表面预处理。
镀镍石墨烯的制备方法为：
(1)取氧化石墨烯，对其依次进行粗化、敏化和活化处理；
(2)将敏化处理后的氧化石墨烯放入还原剂中进行还原，洗涤、干燥后制得还原石墨烯，备用；
(3)采用电沉积法在还原石墨烯表面进行镀镍，制得镀镍石墨烯；电沉积法的参数如下：电流密度：2.5A/dm2，温度：46℃，pH值：6.8，沉积液：硫酸镍61g/L，氯化镍50g/L，硼酸36g/L，十二烷基磺酸钠6.8g/L，沉积速率：1.3μm/min，沉积时间：365s；
(4)采用直流磁控溅射法在镀镍石墨烯表面沉积金属钼离子制成负载有钼离子的镀镍石墨烯；直流磁控溅射法的参数如下：靶材为纯度99.99％的镍钼(镍钼重量比3：7)合金靶，基片为载玻片，电压功率0.95kV，真空度0.8×10-4Pa时，通入纯度99.99％的氩气作为放电和溅射气体，溅射功率：110W，沉积时间：2.5min；
(5)将负载有钼离子的镀镍石墨烯放入球磨罐中磨成粉末，制得镀镍石墨烯粉末，粉末的粒径为112μm。
实施例3
一种7005铝合金/高氮钢(N：4.3重量份，Fe：58重量份，Cr：26.5重量份，Mn：23.5重量份，Mo：5.85重量份，C：0.25重量份，Si：0.4重量份，Nb：0.275重量份，Al：0.055重量份，S：0.035重量份，P：0.065重量份)的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，包括以下步骤：
(1)对厚度为1.75mm的7005铝合金板和厚度为1.75mm的高氮钢板待焊部位依次进行机械抛光、电解抛光、酒精擦洗，然后将铝合金和高氮钢待焊部位进行对接，用夹具固定；
(2)采用激光点焊方法对待焊部位进行点焊固定，激光点焊工艺参数为：激光功率：450W；点焊总时间：150ms；焊接速度：6.5mm/s；透镜焦距：出光频率：12.5Hz；
激光点焊的操作为：在初始0.5ms内，使激光功率从0上升至100％全功率，然后在100％全功率时持续8.75ms，在100％全功率持续时间内完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降至0；
(3)将预制钎料膏涂覆于待焊面中，预制钎料膏的制备方法为：
①按照Pd：Ni：Cr：Mn：镀镍石墨烯：Re：Si：B＝26.5：42.5：37.5：13.5：5.35：9：7.5：3.75的重量比称取原料，混合并研磨至粒径为150μm，制得合金粉末；
②称取蒸馏水15重量份、水基粘结剂(重量比36：45：15：14：7的磷酸锌、氯化铵、聚乙二醇、氰基丙烯酸丁酯、高硫酸钠混合物)15重量份、丙酮5重量份、酒精6重量份，混合并搅拌均匀；
③称取合金粉末70重量份、辅助添加剂(重量比25：15：90的钡玻璃粉、酒石酸钠、气相二氧化硅混合物)20重量份加入步骤(2)的混合物中，搅拌均匀，利用真空扩散炉对其进行抽真空(真空度0.5×10-5MPa)，预制为钎料膏；
(4)采用钎焊炉进行炉中钎焊，对除了激光点焊位置的其余待焊位置进行连接，具体工艺为：
①将已涂覆预制钎料膏的整个工件放入炉腔；
②设定炉腔单元的氩气进气流量，4.5L/min；
③设定温度控制单元，加热至高于钎料膏熔化温度75℃，进行保温50s；
④保温完成后，进行降温，当工件冷却至室温时，打开炉腔，当腔内外压力相同时，取出工件；
⑤采用红外探伤对焊缝进行检测，如果发现有焊缝中存在缺陷，采用上述①-④步骤进行补焊；如果焊缝中没有出现缺陷，焊接过程结束。
机械抛光、电解抛光、酒精擦洗的具体方法为：
(1)机械抛光：
将需要焊接的工件表面进行磨光处理，待焊工件依次经过100#、400#、600#、800#、1000#、1500#和2000#的干湿两用金相砂纸机械抛光后，再用金丝绒抛光布配合M1.5抛光剂进行机械抛光；
(2)电解抛光：
将高氯酸和乙醇以体积比1：4的比例进行混合，获得电解抛光液；利用配制的电解抛光液对经步骤(1)机械抛光的工件进行电解抛光，电解抛光直流电压为17.5V，电流为1.25A，温度为-25℃，抛光时间为55s；
(3)酒精擦洗：
电解抛光完毕后，将工件采用乙醇清洗去除其表面的酸溶液，即完成表面预处理。
镀镍石墨烯的制备方法为：
(1)取氧化石墨烯，对其依次进行粗化、敏化和活化处理；
(2)将敏化处理后的氧化石墨烯放入还原剂中进行还原，洗涤、干燥后制得还原石墨烯，备用；
(3)采用电沉积法在还原石墨烯表面进行镀镍，制得镀镍石墨烯；电沉积法的参数如下：电流密度：3A/dm2，温度：40℃，pH值：6.0，沉积液：硫酸镍71g/L，氯化镍45g/L，硼酸32g/L，十二烷基磺酸钠6.0g/L，沉积速率：1.5μm/min，沉积时间：300s；
(4)采用直流磁控溅射法在镀镍石墨烯表面沉积金属钼离子制成负载有钼离子的镀镍石墨烯；直流磁控溅射法的参数如下：靶材为纯度99.99％的镍钼(镍钼重量比3：7)合金靶，基片为载玻片，电压功率0.9kV，真空度1.0×10-4Pa时，通入纯度99.99％的氩气作为放电和溅射气体，溅射功率：125W，沉积时间：2.5min；
(5)将负载有钼离子的镀镍石墨烯放入球磨罐中磨成粉末，制得镀镍石墨烯粉末，粉末的粒径为90μm。
实施例4
一种7075铝合金/高氮钢(N：3.5重量份，Fe：55重量份，Cr：25重量份，Mn：22重量份，Mo：6.1重量份，C：0.21重量份，Si：0.45重量份，Nb：0.3重量份，Al：0.052重量份，S：0.03重量份，P：0.06重量份)的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，包括以下步骤：
(1)对厚度为2mm的7075铝合金板和厚度为1.8mm的高氮钢板待焊部位依次进行机械抛光、电解抛光、酒精擦洗，然后将铝合金和高氮钢待焊部位进行对接，用夹具固定；
(2)采用激光点焊方法对待焊部位进行点焊固定，激光点焊工艺参数为：激光功率：475W；点焊总时间：160ms；焊接速度：7mm/s；透镜焦距：出光频率：13.5Hz；
激光点焊的操作为：在初始0.5ms内，使激光功率从0上升至100％全功率，然后在100％全功率时持续8.8ms，在100％全功率持续时间内完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降至0；
(3)将预制钎料膏涂覆于待焊面中，预制钎料膏的制备方法为：
①按照Pd：Ni：Cr：Mn：镀镍石墨烯：Re：Si：B＝27：45：37：14：4.5：10：8：5的重量比称取原料，混合并研磨至粒径为150μm，制得合金粉末；
②称取蒸馏水20重量份、水基粘结剂(重量比25：50：20：20：10的磷酸锌、氯化铵、聚乙二醇、氰基丙烯酸丁酯、高硫酸钠混合物)25重量份、丙酮10重量份、酒精10重量份，混合并搅拌均匀；
③称取合金粉末60重量份、辅助添加剂(重量比30：15：120的钡玻璃粉、酒石酸钠、气相二氧化硅混合物)18重量份加入步骤(2)的混合物中，搅拌均匀，利用真空扩散炉对其进行抽真空(真空度0.5×10-5MPa)，预制为钎料膏；
(4)采用钎焊炉进行炉中钎焊，对除了激光点焊位置的其余待焊位置进行连接，具体工艺为：
①将已涂覆预制钎料膏的整个工件放入炉腔；
②设定炉腔单元的氩气进气流量，5L/min；
③设定温度控制单元，加热至高于钎料膏熔化温度80℃，进行保温50s；
④保温完成后，进行降温，当工件冷却至室温时，打开炉腔，当腔内外压力相同时，取出工件；
⑤采用红外探伤对焊缝进行检测，如果发现有焊缝中存在缺陷，采用上述①-④步骤进行补焊；如果焊缝中没有出现缺陷，焊接过程结束。
机械抛光、电解抛光、酒精擦洗的具体方法为：
(1)机械抛光：
将需要焊接的工件表面进行磨光处理，待焊工件依次经过100#、400#、600#、800#、1000#、1500#和2000#的干湿两用金相砂纸机械抛光后，再用金丝绒抛光布配合M1.5抛光剂进行机械抛光；
(2)电解抛光：
将高氯酸和乙醇以体积比1：4的比例进行混合，获得电解抛光液；利用配制的电解抛光液对经步骤(1)机械抛光的工件进行电解抛光，电解抛光直流电压为20V，电流为1.5A，温度为-20℃，抛光时间为60s；
(3)酒精擦洗：
电解抛光完毕后，将工件采用乙醇清洗去除其表面的酸溶液，即完成表面预处理。
镀镍石墨烯的制备方法为：
(1)取氧化石墨烯，对其依次进行粗化、敏化和活化处理；
(2)将敏化处理后的氧化石墨烯放入还原剂中进行还原，洗涤、干燥后制得还原石墨烯，备用；
(3)采用电沉积法在还原石墨烯表面进行镀镍，制得镀镍石墨烯；电沉积法的参数如下：电流密度：3.5A/dm2，温度：45℃，pH值：6.5，沉积液：硫酸镍80g/L，氯化镍45g/L，硼酸35g/L，十二烷基磺酸钠6g/L，沉积速率：1.4μm/min，沉积时间：350s；
(4)采用直流磁控溅射法在镀镍石墨烯表面沉积金属钼离子制成负载有钼离子的镀镍石墨烯；直流磁控溅射法的参数如下：靶材为纯度99.99％的镍钼(镍钼重量比3：7)合金靶，基片为载玻片，电压功率0.8kV，真空度1.2×10-4Pa时，通入纯度99.99％的氩气作为放电和溅射气体，溅射功率：140W，沉积时间：2min；
(5)将负载有钼离子的镀镍石墨烯放入球磨罐中磨成粉末，制得镀镍石墨烯粉末，粉末的粒径为106μm。
本发明激光点焊-炉中钎焊复合焊接效果检测：
1、不同焊接方式对氮含量的影响
采用TCH-600气体联测仪测量对本发明实施例1-4激光点焊-炉中钎焊复合焊接焊接前后的氮含量进行检测，同时采用现有激光熔钎焊、激光焊、扩散焊对实施例1-4金属板进行焊接，检测焊接后的氮含量，氮的测量范围为0.05ppm～5％，结果见表1。表1结果表明，本发明激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法焊接前后氮元素几乎无损失，能够稳定高氮钢中的奥氏体，提高高氮钢的屈服强度而不降低韧性，增强高氮钢的耐腐蚀性，抑制碳化物的析出。
表1不同焊接方法对焊接前后氮含量的影响(单位：％)
2、不同焊接方式对焊接接头抗拉强度的影响
对本发明实施例1-4激光点焊-真空钎焊复合焊接接头的抗拉强度进行检测，同时采用现有激光熔钎焊、激光焊、扩散焊对实施例1-4金属板进行焊接，检测接头的抗拉强度，结果见表2。表2结果表明，本发明的方法能够有效提高焊接接头的抗拉强度。
表2不同焊接方法对接头抗拉强度的影响
3、不同复合焊接方式对焊接接头抗拉强度的影响
对本发明实施例1-4激光点焊-真空钎焊复合焊接接头的抗拉强度进行检测，同时采用现有激光点焊-火焰钎焊、激光点焊-感应钎焊对实施例1-4金属板进行焊接，检测接头的抗拉强度，结果见表3。表3结果表明，本发明的方法能够有效提高焊接接头的抗拉强度。而火焰钎焊、感应钎焊由于焊接温度无法精确控制，容易使得焊接热影响区扩大，产生残余应力、热裂纹，导致焊接接头力学性能下降。因此，激光点焊不宜与感应钎焊、火焰钎焊方法复合。
表3不同复合焊接方式对焊接接头抗拉强度的影响
4、不同激光点焊工艺参数对焊接接头抗拉强度的影响
测定本发明实施例1-4焊接接头的抗拉强度，并相应调整实施例1-4中激光点焊的工艺参数，测定激光点焊工艺参数调整后焊接接头的抗拉强度，结果见表4。表4结果表明，采用本发明多次试验、系列优选的激光焊接工艺，功率适中、时间较短、频率稳定，焊接接头的抗拉强度高，比非优选工艺参数获得的接头抗拉强度高10.6～22.8％。
表4不同激光点焊工艺参数对焊接接头抗拉强度的影响
以上所述仅为本发明最佳的实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，首先对铝合金和高氮钢待焊部位进行表面预处理，夹具固定待焊部位，其次采用激光点焊对待焊部位进行点焊固定，然后将预制钎料膏涂覆于待焊面中，最后采用炉中钎焊对除了激光点焊位置的其余待焊位置进行连接。
2.根据权利要求1所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的铝合金为7系铝合金；所述的高氮钢的氮含量超过0.9wt％。
3.根据权利要求1所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的高氮钢包括以下重量份的原料：N：2.8～5.8份，Fe：51～65份，Cr：24～29份，Mn：21～26份，Mo：5.2～6.5份，C：0.2～0.3份，Si：0.3～0.5份，Nb：0.2～0.35份，Al：0.05～0.06份，S：0.02～0.05份，P：0.05～0.08份。
4.根据权利要求1所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的表面预处理方法为：对铝合金和高氮钢待焊部位依次进行机械抛光、电解抛光、酒精擦洗。
5.根据权利要求1所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的激光点焊的工艺参数为：激光功率：400～500W；点焊总时间：120～180ms；焊接速度：5～8mm/s；透镜焦距：出光频率：10～15Hz。
6.根据权利要求1所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的激光点焊的操作为：在初始0.5ms内，使激光功率从0上升至100％全功率，然后在100％全功率时持续8.5～9ms，在100％全功率持续时间内完成激光点焊工作，然后在0.4ms内使激光功率迅速从100％全功率下降至0。
7.根据权利要求1所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的钎料膏的制备方法为：
(1)按照Pd：Ni：Cr：Mn：镀镍石墨烯：Re：Si：B＝25～28：39～46：36～39：12～15：3.2～7.5：7～11：6～9：2～5.5的重量比称取原料，并混合制得合金粉末；
(2)称取蒸馏水15～30重量份、水基粘结剂15～30重量份、丙酮5～12重量份、酒精6～12重量份，混合并搅拌均匀；
(3)称取合金粉末45～70重量份、辅助添加剂15～21重量份加入步骤(2)的混合物中，搅拌均匀，并抽真空备用。
8.根据权利要求7所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的镀镍石墨烯的制备方法为：
(1)取氧化石墨烯，对其依次进行粗化、敏化和活化处理；
(2)将敏化处理后的氧化石墨烯放入还原剂中进行还原，洗涤、干燥后制得还原石墨烯，备用；
(3)采用电沉积法在还原石墨烯表面进行镀镍，制得镀镍石墨烯；电沉积法的参数优选如下：电流密度：2.5～3.7A/dm2，温度：35～46℃，pH值：4.5～6.8，沉积液：硫酸镍61～81g/L，氯化镍41～50g/L，硼酸28～36g/L，十二烷基磺酸钠5.2～6.8g/L，沉积速率：1.3～1.75μm/min，沉积时间：180～365s；
(4)采用直流磁控溅射法在镀镍石墨烯表面沉积金属钼离子制成负载有钼离子的镀镍石墨烯；直流磁控溅射法的参数优选如下：靶材为纯度99.99％的重量比3：7镍钼合金靶，基片为载玻片，电压功率0.8～0.95kV，真空度(0.8～1.3)×10-4Pa时，通入纯度99.99％的氩气作为放电和溅射气体，溅射功率：110～140W，沉积时间：2～2.5min；
(5)将负载有钼离子的镀镍石墨烯放入球磨罐中磨成粉末，制得镀镍石墨烯粉末，粉末的粒径优选为86～112μm。
9.根据权利要求7所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的水基粘结剂为重量比24～36：45～61：15～23：14～22：7～12的磷酸锌、氯化铵、聚乙二醇、氰基丙烯酸丁酯、高硫酸钠混合物；
所述的辅助添加剂为重量比24～36：12～18：84～126的钡玻璃粉、酒石酸钠、气相二氧化硅混合物。
10.根据权利要求1所述的用于铝合金/高氮钢的激光点焊-炉中钎焊复合焊接方法，其特征在于，所述的炉中钎焊的具体方法为：
(1)将已涂覆预制钎料膏的整个工件放入炉腔；
(2)设定炉腔单元的氩气进气流量，3～6L/min；
(3)设定温度控制单元，加热至高于钎料膏熔化温度50～100℃，进行保温45～55s；
(4)保温完成后，进行降温，当工件冷却至室温时，打开炉腔，当腔内外压力相同时，取出工件；
(5)采用红外探伤对焊缝进行检测，如果发现有焊缝中存在缺陷，采用上述(1)-(4)步骤进行补焊；如果焊缝中没有出现缺陷，焊接过程结束。
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