一种镁/铝异种金属的激光填料焊工艺制造技术

技术编号:18941121 阅读:151 留言:0更新日期:2018-09-15 11:11
本发明专利技术公开了一种镁/铝异种金属的激光填丝焊工艺,通过在焊接界面处的镁合金和铝合金之间夹入镍中间层,并添加与铝合金和镍中间层相接触的锌‑铝合金焊料,锌‑铝合金焊料的表面涂覆钎剂,保护气体环境下激光熔钎焊,在镍中间层两侧形成由锌‑镍相、镁‑镍和铝‑镍相组成的镁/铝焊接头。选用锌‑铝合金作填充材料,配合纯镍箔作为中间层;通过调整激光工艺参数,控制中间层的熔化程度;调整中间层的伸出长度,获得焊缝成型美观、无裂纹等缺陷的镁/铝合金焊接接头。这种方法可以有效控制因镁、铝两者冶金反应产物—脆性金属间化合物的产生,提高镁/铝合金焊接接头可靠性,满足镁合金和铝合金异种金属焊接头的使用要求。

Laser filler welding technology for magnesium / aluminum dissimilar metals

The invention discloses a laser wire filling welding process for magnesium/aluminum dissimilar metals, in which a nickel intermediate layer is inserted between the magnesium alloy and the aluminum alloy at the welding interface, a zinc-aluminum alloy solder in contact with the aluminum alloy and the nickel intermediate layer is added, and a zinc-aluminum alloy solder is coated with a brazing flux on the surface of the zinc-aluminum alloy solder to protect the laser brazing in the gas environment. A magnesium / aluminum welding joint consisting of zinc nickel phase, magnesium nickel nickel and aluminum nickel phase is formed on both sides of the nickel interlayer. Zinc-aluminium alloy is used as filler material and pure nickel foil is used as the intermediate layer. The melting degree of the intermediate layer is controlled by adjusting laser processing parameters, and the elongation length of the intermediate layer is adjusted to obtain magnesium/aluminium alloy welded joints with beautiful weld shape and no cracks. This method can effectively control the production of brittle intermetallic compound, which is the product of metallurgical reaction between magnesium and aluminum, improve the reliability of magnesium/aluminum alloy welded joints and meet the requirements of dissimilar metal welded joints of magnesium and aluminum alloys.

【技术实现步骤摘要】
一种镁/铝异种金属的激光填料焊工艺
本专利技术属于焊接
,涉及一种镁/铝异种金属的激光填料焊工艺,用于镁合金组件和铝合金组件之间的连接。
技术介绍
铝合金因具有密度小、比强度高、无磁性、优良的耐腐蚀性、良好的成形性、低温性等优点而被广泛地应用于工业领域,镁合金是一种比铝合金密度更小的金属材料,具有较高的比强度和比刚度,优良电磁屏蔽性能,同样被广泛的应用于工业领域。工业领域中具有广泛应用的镁、铝两种轻质材料的焊接加工是不可避免的。但是,镁合金和铝合金由于其各自的物理和化学性质以及两者之间的性质差异给焊接加工带来了较大的难度。此外,镁/铝异种金属的焊接过程中不可避免的生成具有很大脆性的镁-铝金属间化合物,极大的降低了焊接头的强度,大大阻碍了镁/铝异种轻质构件的工业应用。采用摩擦焊和超声波焊可实现镁合金和铝合金的焊接,但这两种方法均属于固相连接方法,对被焊件的尺寸要求严格,难以加工复杂组件。如果能够在熔焊条件下实现对铝合金和镁合金的可靠连接,将大大提升镁/铝异种轻质构件的应用前景。电弧焊是一种常用熔焊手段,但其热输入量大、加热位置难以控制、焊接变形严重的缺点,使得该方法难以应用于镁合金和铝合金的焊接。且,镁合金的沸点较低(1096℃),在熔焊过程中极其容易挥发,导致接头内出现气孔等缺陷,因此,在焊接过程中必须严格控制热输入和焊件温度场。故,仍需对镁/铝异种金属的焊接技术作进一步的研究改进,以克服现有镁/铝异种金属焊接的缺陷和局限,提升镁/铝异种轻质构件的工业应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种镁/铝异种金属的激光填料焊工艺,该工艺过程控制简便,克服焊接裂纹及气孔等缺陷,提高焊缝的抗裂性和稳定性,形成焊接质量稳定的镁/铝异种金属连接件。为实现上述目的,本专利技术的技术方案为:一种镁/铝异种金属的激光填料焊工艺,步骤包括:在焊接界面处的镁合金和铝合金之间夹入镍中间层,并添加与铝合金和镍中间层相接触的锌-铝合金焊料,锌-铝合金焊料的表面涂覆有钎剂,保护气体环境下激光熔钎焊,在镍中间层两侧形成由锌-镍相、镁-镍和铝-镍相组成的镁/铝焊接头。具体地,镁合金和铝合金之间重叠搭接,镍中间层部分夹入镁合金和铝合金的重叠搭接部位,镍中间层其余部分伸出镁合金和铝合金的重叠搭接部位并紧贴镁合金;锌-铝合金焊料置于伸出镁合金和铝合金重叠搭接部位的镍中间层上并与铝合金接触,锌-铝合金焊料的表面涂覆有钎剂,保护气体环境下激光熔钎焊,在镍中间层两侧形成由锌-镍相、镁-镍和铝-镍相组成的镁/铝焊接头。镍中间层伸出镁合金和铝合金重叠搭接部位的部分的长度为2~8mm,优选为4~6mm。所述激光熔钎焊过程中,激光参数为:激光光源为二极管,激光功率1.8~2.6kW,优选为2.6kW;焊机速度0.15~0.30m/min,优选为0.18m/min;气体流量10~18L/min,优选为15L/min。所述激光熔钎焊过程中,激光聚焦于涂覆有钎剂的锌-铝合金焊料上表面。作为优选方案,激光光束垂直于涂覆有钎剂的锌-铝合金焊料,并聚焦于涂覆有钎剂的锌-铝合金焊料上表面,激光光斑的中心线与涂覆有钎剂的锌-铝合金焊料的中心线对中齐平。所述激光光斑形状可为方形或椭圆形等,优选为矩形,更优选为尺寸1mm×12mm的矩形。所述锌-铝合金焊料由质量百分比的以下成分组成:Al21.0%~23.0%,其他元素0.15%,余量为Zn。所述锌-铝合金焊料为锌-铝合金焊丝、片状锌-铝合金焊料、棒状锌-铝合金焊料或带状锌-铝合金焊料,优选为锌-铝合金焊丝,更优选为直径1.6~2.0mm的锌-铝合金焊丝。所述镍中间层为镍箔或镍板等,其纯度为99%~99.99%,纯度优选为99.9%;优选为镍箔,更优选为厚度0.2~0.4mm的镍箔。锌-铝合金焊料表面涂覆钎剂的方法包括:先将粉状钎剂与有机溶剂混合制成钎剂溶液,再将钎剂溶液涂覆在锌-铝合金焊料表面。所述钎剂溶液优选为介于膏状与悬浮液之间的溶液形式。所述有机溶剂包括乙醇、甲醇或丙三醇等,优选为乙醇。锌-铝合金焊料表面涂覆的钎剂厚度为30~50μm。所述钎剂由质量百分比的以下成分组成:LiCl35%~40%,KCl30%~35%,NaF10%~21%,NaCl8%~13%,ZnCl26%~10%。所述保护气体为氩气、氮气或者氩氮混合气等,优选为氩气,更优选为纯度大于99.99%的氩气。所述铝合金在焊接前进行表面清理去除杂质、氧化物和油污,表面清理的方法为:将铝合金置于氢氧化钠溶液中浸泡,冲洗,干燥。具体包括:(1)将铝合金置于60℃~70℃的10%~15%氢氧化钠溶液中浸泡后,冷水冲洗;(2)将经步骤(1)处理的铝合金置于30%氢氧化钠溶液中浸泡后,热水冲洗,干燥。步骤(1)的浸泡时间为2~3分钟,步骤(2)的浸泡时间为2~3分钟,步骤(2)的干燥方式为吹干。所述镁合金在焊接前进行表面清理去除杂质、氧化物和油污,表面清理的方法为:将镁合金置于铬酸溶液中浸泡,冲洗,干燥。所述铬酸溶液为质量浓度2.5%的铬酸溶液,浸泡时间为2~3分钟,冲洗方式为热水冲洗,干燥方式为吹干。所述镍中间层在焊接前进行表面清理去除杂质、氧化物和油污,表面清理的方法为:将镍中间层置于丙酮中浸泡,晾干。浸泡时间为2~3分钟。所述锌-铝合金焊料在焊接前进行表面清理去除表面杂质、氧化物和油污,表面清理的方法为:将锌-铝合金焊料置于丙酮中浸泡,晾干。浸泡时间为2~3分钟。该镁/铝异种金属的激光填料焊工艺还包括激光熔钎焊后的冷却和清理,具体为:激光熔钎焊结束后,自然冷却至室温,再置于温水中洗刷。所述温水的温度为45℃~55℃。自然冷却至室温,可降低焊接裂纹风险;温水中洗刷,以去除镁/铝接头表面钎剂。本专利技术从镁合金和铝合金的冶金性能入手,在焊接界面处插入镍中间层,尤其是纯镍中间层,阻挡熔化的镁合金和铝合金之间的相互混合和扩散,抑制两者的冶金反应;同时,镍和镁合金之间具有良好的冶金特性,反应产物Mg-Ni相的脆性大大低于Mg-Al相;从铝合金和镍的冶金特性出发,考虑添加Zn-Al合金作为填充材料,Zn-Al合金与Al合金冶金相容性良好,反应产物为连续固溶体,且Zn-Al合金与Ni反应产物为Zn-Ni相和Al-Ni相,其脆性也远远低于Mg-Al相;依此调控焊缝组织及界面组织形貌,降低镁/铝接头的开裂风险。本专利技术的有益效果是:本专利技术镁/铝合金异种金属的激光填料焊工艺,选用锌-铝合金作为填充材料,配合镍箔作为中间层;通过调整激光焊接工艺参数,控制焊接热输入,控制中间层的熔化程度;通过添加适当填充材料,可将焊缝和界面组织合金化,降低焊缝反应产物的脆性,控制镁元素的挥发,获得焊缝成型美观、无裂纹、少气孔的焊接接头;还可通过调整镍中间层伸出镁合金和铝合金重叠搭接部位的长度,获得焊缝成型美观、无裂纹等缺陷的焊接接头。本专利技术方法成本低,操作方便灵活,焊接效率高,获得满足使用要求的镁合金与铝合金异种金属焊接接头。附图说明图1为本专利技术镁合金和铝合金重叠搭接激光焊示意图。图1中,1-铝合金板,2-镁合金板,3-镍箔,4-锌-铝合金焊丝,5-钎剂涂覆层,6-激光二极管,7-保护气出口,8-激光熔钎焊后的镁/铝异种金属焊接缝。图2为实施例1、实施例2和实施例3制备的镁合金和铝合金焊接接头的断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镁/铝异种金属的激光填料焊工艺,其特征在于,步骤包括:在焊接界面处的镁合金和铝合金之间夹入镍中间层,并添加与铝合金和镍中间层相接触的锌‑铝合金焊料,锌‑铝合金焊料的表面涂覆有钎剂,保护气体环境下激光熔钎焊,在镍中间层两侧形成由锌‑镍相、镁‑镍和铝‑镍相组成的镁/铝焊接头。

【技术特征摘要】
1.一种镁/铝异种金属的激光填料焊工艺,其特征在于,步骤包括:在焊接界面处的镁合金和铝合金之间夹入镍中间层,并添加与铝合金和镍中间层相接触的锌-铝合金焊料,锌-铝合金焊料的表面涂覆有钎剂,保护气体环境下激光熔钎焊,在镍中间层两侧形成由锌-镍相、镁-镍和铝-镍相组成的镁/铝焊接头。2.根据权利要求1所述的激光填料焊工艺,其特征在于,步骤包括:镁合金和铝合金之间重叠搭接,镍中间层部分夹入镁合金和铝合金的重叠搭接部位,镍中间层其余部分伸出镁合金和铝合金的重叠搭接部位并紧贴镁合金;锌-铝合金焊料置于伸出镁合金和铝合金重叠搭接部位的镍中间层上并与铝合金接触,锌-铝合金焊料的表面涂覆有钎剂,保护气体环境下激光熔钎焊,在镍中间层两侧形成由锌-镍相、镁-镍和铝-镍相组成的镁/铝焊接头。3.根据权利要求2所述的激光填丝焊工艺,其特征在于,镍中间层伸出镁合金和铝合金重叠搭接部位的部分的长度为2~8mm。4.根据权利要求1或2所述的激光填料焊工艺,其特征在于,所述激光熔钎焊过程中,激光聚焦于涂覆有钎剂的锌-铝合金焊料上表面,激光参数为:激光光源为二极管,激光功率1.8~2.6kW,焊机速度0.15~0.30m/min,气体流量10~18L/min。5.根据权利要求1或2所述的激光填料焊工艺,其特征在于,所述锌-铝合金焊料由质量百分比的以下成分组成:...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨瑾于治水赵万芹张天理苏佳浩
申请(专利权)人:上海工程技术大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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