專利名稱：鋁鋼異種金屬激光熔釬焊焊接方法和填充粉末的制作方法
技術領域：
本發明涉及異種金屬的激光熔釬焊技術。
背景技術：
鋁鋼異種金屬焊接時，由于鋁和鋼的物化性能差異很大，很難形成有效的焊接接頭；而且鋁合金表面易被氧化，且對激光的反射率很高，導致鋁合金對激光的吸收率很低，氧化物很難熔化形成夾雜、氣孔等缺陷；由于熔化的液態鋁在鋼側潤濕性很差，很難在鋼側潤濕鋪展，導致焊接過程不穩定，焊縫成型不良；A1和Fe易形成脆硬的金屬間化合物，過厚的金屬間化合物層使焊接接頭機械性能降低。名稱為“一種無釬劑激光填粉焊接鋁鋼異種金屬接頭的方法”的中國專利(申請號201110240318. 3)公開了一種方案，其采用鋁板和鋼板之間平鋪一層粉末并采用同步送粉技術，該方法雖然提高了激光的吸收率，但由于送粉時粉末的發散和鋁合金表面仍存在的反射使得激光吸收率有限，而且激光束 經散焦或整形后能量密度不集中，另外送粉束的尺寸與激光光斑的尺寸匹配精度較高，夾層填粉焊后夾層剩余未熔化粉末難以有效清除。
發明內容
本發明的目的是提供一種鋁鋼異種金屬激光熔釬焊焊接方法和填充粉末。本發明是鋁鋼異種金屬激光熔釬焊焊接方法和填充粉末，其方法的步驟為
(1)將助熔劑加入丙酮，涂敷在鋁合金焊道表面，待丙酮蒸發后將填充粉末混合均勻之后，加入丙酮攪拌均勻涂敷在已涂助熔劑的鋁合金板的焊道表面；
(2)將鋁合金板6放置在上，鋼板5在下，搭接長度4 10mm，或者鋁合金板6與鋼板的側端面不留間隙的放置在一起，且鋁合金板6的底平面與鋼板5的底面在同一水平面上，施焊時光斑打在鋁合金板6上，距鋁合金板的邊緣0 0. 5mm ;
(3)然后進行激光焊接。用于以上所述的鋁鋼異種金屬激光熔釬焊方法的填充粉末，按重量百分比計，其組分為Mg 5 8%，Si I 3%，Mn I 3%，Zn 5 10%，B 0. 5 1%，其余為 Al。本發明的有益效果是涂粉后激光焊接穩定性和焊縫成型良好，顯著提高了鋁在鋼側的鋪展寬度，明顯提高了激光的吸收率和激光焊接速度。
圖I是鋁鋼搭接涂粉方法及激光熔釬焊的示意圖，圖2為第一工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖3為第二工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖4為第三工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖5第四工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖6為第五工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖7第六工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖8為第一工況的5056鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖9為第二工況的5056鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖10為第一工況的6063鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖11為第二工況的6063鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，圖12為異厚度(鋁厚鋼薄)的鋁合金與鋼對接涂粉方法及激光熔釬焊 示意圖，圖13是鋁合金與鋼激光對接熔釬焊焊縫的正面形貌圖，圖14是鋁合金與鋼激光對接熔釬焊焊縫的背面形貌圖，附圖標記及名稱為激光束I，保護氣噴嘴2，保護氣體3，助熔劑及粉末4，鋼板5，鋁合金板6。
具體實施例方式本發明是鋁鋼異種金屬激光熔釬焊焊接方法和填充粉末，其方法的步驟為
(1)將助熔劑加入丙酮，涂敷在鋁合金焊道表面，待丙酮蒸發后將填充粉末混合均勻之后，加入丙酮攪拌均勻涂敷在已涂助熔劑的鋁合金板的焊道表面；
(2)將鋁合金板6放置在上，鋼板5在下，搭接長度4 10mm，或者鋁合金板6與鋼板
(5)的側端面不留間隙的放置在一起，且鋁合金板6的底平面與鋼板5的底面在同一水平面上，施焊時光斑打在鋁合金板6上，距鋁合金板的邊緣0 0. 5mm ;
(3)然后進行激光焊接。用于以上所述的鋁鋼異種金屬激光熔釬焊方法的填充粉末，按重量百分比計，其組分為Mg 5 8%，Si I 3%，Mn I 3%，Zn 5 10%，B 0. 5 1%，其余為 Al。以5052、5056、6063鋁合金與鍍鋅鋼板ST04Z為例，焊前對鋁板和鋼板用丙酮清洗除油除污，對鋁合金進行機械或化學處理去除表面的氧化膜。本發明采用Gs-TFL-IOKCO2高功率橫流CO2激光器，主要技術指標波長為10. 6iim ;不穩定性彡 3% ;氣體成分為 CO2 N2 He=l :10 :20 ；電源 AC=380V± 10%、50HZ、120KVA ;額定激光功率> 10. OKff ;焊接模式為多模。施焊時離焦量-5 +7mm,焊接速度0. 4 I. 5m/min,功率I. 0 3. OKff,保護氣體優選10 15L/min ;助熔劑用鋁氣焊溶劑(主要成分KC1、NaCl, LiCl, NaF等，熔點約560°C)o如圖I、圖12所示，鋁合金板6的厚度大于鋼板5的厚度。在鋁合金板6上不開坡□。實施例一
用5052、5056、6063鋁合金與鍍鋅鋼板ST04Z進行搭接試驗，5052,5056,6063鋁合金與鍍鋅鋼板ST04Z規格均為150mmX60mmX 1mm。激光功率I. 5 2. 5KW，焊接速度0. 4 1.2m/min,離焦量_2 +2mm,気氣保護15L/min時,可獲得成型美觀,性能優良的焊縫。最大機械抗力為208Mpa，約為母材的95%。如圖I所示，鋁板在上鋼板在下，搭接長度4 6mm，激光束I垂直射入鋁側，距鋁側邊緣0 0.5mm，保護氣噴嘴2與光束夾角30° 60°，涂敷粉末4以遮蓋鋁合金表面光澤為宜，涂敷寬度2 4_。圖2為第一工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=2. Ikw,焊接速度v=0. 5m/分，離焦量dr=0mm ；圖3為第二工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=2. Ikw,焊接速度v=0. 8m/分,離焦量dr=0mm ;圖4為第三工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=2. lkw，焊接速度v=l. Om/分，離焦量dr=0mm ;圖5第四工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=L 9kw,焊接速度v=0. 6m/分，離焦量dr=_2mm ；圖6為第五工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=I. 9kw,焊接速度v=0. 6m/分,離焦量dr=+2_ ；圖7第六工況的5052鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=L 9kw，焊接速度v=0. 6m/分，離焦量dr=+4mm ；圖8為第一工況的5056鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=2. Ikw,焊接速度v=0. 6m/分，離焦量dr=+2mm ；圖9為第二工況的5056鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=2. lkw，焊接速度v=0. 8m/分，離焦量dr=+2mm ;圖10為第一工況的6063鋁合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=2. Ikw,焊接速度v=0. 6m/分,離焦量dr=+2mm ;圖11為第二工況的6063招合金與鋼激光搭接熔釬焊焊縫形貌圖，焊接功率P=2. Ikw,焊接速度v=0. 8m/分,離焦量dr=+2mm。實施例二
用5052鋁合金與鍍鋅鋼板ST04Z進行激光對接熔釬焊，5052鋁合金規格125mmX50mmX2mm,鍍鋅鋼板 ST04Z 規格為 125_X 50_X lmm,激光功率 I. 7 3. OKff,焊接速度0. 4 I. 2m/min,離焦量_2 +2mm, U1氣保護15L/min時,能夠實現招鋼異種金屬對接熔釬焊連接接頭。如圖12所示為異厚度(鋁厚鋼薄)的鋁合金與鋼對接涂粉方法及激光熔釬焊示意圖，如圖12所示，鋁板底面和鋼板底面處于同一平面不留間隙裝配，激光束I垂直射入鋁側，距鋁側邊緣0 0. 5mm,保護氣噴嘴2與光束夾角30° 60°，填充粉末4以遮蓋鋁合金表面光澤為宜，涂敷寬度2 4mm。圖13是鋁合金與鋼激光對接熔釬焊焊縫的正面形貌圖，圖14是鋁合金與鋼激光對接熔釬焊焊縫的背面形貌圖。
權利要求
1.鋁鋼異種金屬激光熔釬焊焊接方法，其步驟為 (I)將助熔劑加入丙酮，涂敷在鋁合金焊道表面，待丙酮蒸發后將填充粉末混合均勻之后，加入丙酮攪拌均勻涂敷在已涂助熔劑的鋁合金板的焊道表面； (2 )將鋁合金板(6 )放置在上，鋼板(5 )在下，搭接長度4 10mm，或者鋁合金板(6 )與鋼板(5)的側端面不留間隙的放置在一起，且鋁合金板(6)的底平面與鋼板(5)的底面在同一水平面上，施焊時光斑打在鋁合金板(6)上，距鋁合金板的邊緣O O. 5mm ; (3)然后進行激光焊接。
2.根據權利要求I所述的鋁鋼異種金屬激光熔釬焊焊接方法，其特征在于涂敷填充粉末以遮蓋招合金的焊道表面的光澤為宜,涂敷寬度為2 4_。
3.根據權利要求I所述的鋁鋼異種金屬激光熔釬焊方法，其特征在于鋁合金板(6)的厚度大于鋼板(5)的厚度。
4.根據權利I所述的鋁鋼異種金屬激光熔釬焊方法，其特征在于在鋁合金板(6)上不開坡口。
5.用于權利要求I所述的鋁鋼異種金屬激光熔釬焊方法的填充粉末，按重量百分比計，其組分為Mg 5 8%，Si I 3%，Mn I 3%，Zn 5 10%，B O. 5 1%，其余為Al。
全文摘要
鋁鋼異種金屬激光熔釬焊焊接方法和填充粉末，采用預置填粉方法；接頭布置為搭接和異厚度對接，搭接時搭接長度4～10mm，對接時鋁鋼不留間隙底面在同一平面裝配，搭接和對接時激光光斑打在鋁合金上，距鋁合金板邊緣0～0.5mm，涂敷粉末以遮蓋鋁合金表面光澤為宜，涂敷寬度2～4mm；采用惰性氣體作保護，保護方式為搭接采用正面保護，對接采用正面和背面同時保護；采用優化的焊接工藝參數時，鋁合金熔化而鋼不熔化，從而形成熔-釬焊搭接和對接連接。
文檔編號B23K26/26GK102764934SQ20121023116
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月5日 優先權日2012年7月5日
發明者余淑榮, 樊丁, 蔣鍇, 黃健康 申請人:蘭州理工大學