一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法

摘要

本发明涉及一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法，其特征是：铝上、钢下搭接，铝表面均匀涂敷金属粉末，同时铝钢层间的钢表面添加中间层粉末的铝钢激光焊接。本发明利用金属粉末吸收金属板面的反射光和光致等离子体的能量，提高上层铝合金对激光能量的有效利用率，此外，通过铝钢层间添加中间层粉末，改善铝钢异种金属的相容性，抑制或减少铝钢界面Fe‑Al化合物的产生，降低焊接接头脆性，提高接头性能。

说明书

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法。

背景技术

近年来节能减排成为汽车工业发展的主要研究课题，降低燃油消耗及减少尾气排放是汽车轻量化的有效措施之一。相对于单一材料车身，多材料车身可充分发挥不同材料性能优势，较好实现轻量化效果。铝合金具有重量轻、比强度高等优点，近年来，在车身上的应用量逐渐增加，由此涉及到铝合金和钢材料之间的连接问题。

铝合金与钢的焊接难点在于：两者热物理性能以及晶体结构差异明显，熔化后两者很难融合在一起；此外，铝与钢的线膨胀系数相差悬殊，焊接接头产生较大热应力，易产生裂纹缺陷；并且焊缝冷却后在钢铝界面易形成大量的脆性Fe-Al化合物，弱化接头性能。因此对铝钢异种金属焊接而言，抑制或减少脆性Fe-Al化合物的生成成为当前的研究重点。

发明内容

本发明的目的在于，针对铝钢焊接易形成脆性Fe-Al化合物，从而影响接头性能这一难题，提供一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、铝合金板和钢板待焊接部位进行精磨，再用超声波清洗器对铝合金板和钢板待焊接部位进行清洗，以去除待焊接部位表面氧化物和油污；

步骤2、通过加入丙酮使AlSi₁₂Mg_1.5粉末以糊状形式，均匀涂敷在铝合金板待焊接部位的表面，铝合金待焊接部位表面的涂敷量为25～27mgcm²；

步骤3、通过加入丙酮使Sn粉以糊状形式，均匀涂敷在钢板表面，涂敷在钢板表面的糊状Sn粉，即为铝钢层间添加的中间层粉末，Sn粉的涂敷量为30～40mgcm²；

步骤4、安装保护气体装置，使用氩气进行焊接保护，氩气纯度为99.99％，侧面流量为20Lmin、底部流量为25Lmin；

步骤5、将铝合金板和钢板焊接试件放置在焊接平台上，采用铝合金板在上、钢板下的搭接方式，将激光头向焊接方向偏移10°；待涂层中的丙酮挥发后进行激光焊接。

进一步地，激光焊接时所用设备为YAG固体连续激光器。

本发明的效果在于：本发明利用金属粉末吸收金属板面的反射光和光致等离子体的能量，提高上层铝表面对激光能量的有效利用率；利用铝钢层间添加的中间层粉末，改善铝钢异种金属的相容性，抑制或减少界面间Fe-Al化合物的产生，降低焊接接头脆性，提高接头性能。

附图说明

图1是本发明实施例的铝钢激光焊接示意图；

图2是本发明实施例的焊缝界面层的SEM像；

图3是本发明实施例的焊接接头的载荷-位移曲线；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1-3对本发明进行进一步的详细说明。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铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法，包括以下步骤：

步骤1、铝合金板和钢板待焊接部位进行精磨，再用超声波清洗器对铝合金板和钢板待焊接部位进行清洗，以去除待焊接部位表面氧化物和油污。

该步骤中：首先使用360目砂纸对尺寸为100mm×30mm×1.2mm的铝合金平板试件和100mm×30mm×1.4mm的钢板试件的焊接部位进行粗磨，接着用800目砂纸对铝合金板和钢板进行精磨。

步骤2、通过加入丙酮使AlSi₁₂Mg_1.5粉末以糊状形式，均匀涂敷在铝合金板待焊接部位的表面，铝合金待焊接部位表面的单位面积涂敷量为25～27mgcm²。

步骤3、通过加入丙酮使Sn粉以糊状形式，均匀涂敷在钢板表面，涂敷在钢板表面的糊状Sn粉即为铝钢层间添加的中间层粉末，Sn粉的涂敷量为30～40mgcm²。

步骤4、安装保护气体装置，使用氩气进行焊接保护，氩气纯度为99.99％，侧面流量为20Lmin、底部流量为25Lmin。

步骤5、将铝合金板和钢板焊接试件放置在焊接平台上，采用铝合金板在上、钢板下的搭接方式，将激光头向焊接方向偏移10°；待涂层中的丙酮挥发后进行激光焊接。

该实施例中，激光焊接时所用设备为YAG固体连续激光器，激光焊接工艺参数为：激光入射功率P＝2800W，焊接速率v＝35mms，离焦量f＝-2mm。

本发明的实施例中，所述的铝合金为AA6016铝合金板材，所述的钢板试件为DP590双相钢。所述的焊缝界面层SEM像和剪切试样的断口微观形貌通过电子扫描电镜观察获得，所述的焊接接头的载荷-位移曲线通过微机控制电子试验机进行拉伸试验获得。

从本发明实施例的结果来看，铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接，焊缝界面Fe-Al化合物的层厚度减少，焊接接头性能改善，如图2所示。

综上所述，本发明利用金属粉末吸收金属板面的反射光和光致等离子体的能量，提高上层铝合金对激光能量的有效利用率，此外，通过铝钢层间添加中间层粉末，改善铝钢异种金属的相容性，抑制或减少界面间Fe-Al化合物的产生，降低焊接接头脆性，提高接头性能。

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。