一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，涉及金属激光焊接领域，所述方法包括以下步骤：步骤1、清洗铝合金表面的油污，去除铝合金表面的氧化膜；步骤2、采用双激光束进行铝钢异种接头搭接焊，主激光束照射在铝板上，第二激光束照射在钢板上；步骤3、所述主激光束能量完全作用在铝板之上使母材熔化，熔化的铝母材自由铺展在钢母材表面，形成熔‑钎焊接头；步骤4、所述第二激光束作用在钢板表面，对铺展在钢板母材表面的边缘铝液进行加热，使所述铝液与钢板再次形成金属间化合物层。本发明专利技术通过外加第二激光束直接作用在钢板表面，具有提升焊接接头的性能的技术效果。

A method to improve the strength of laser welding lap joint of aluminum steel dissimilar metal

The invention discloses a method for improving the strength of aluminum steel dissimilar metal laser welding lap joint, which relates to the field of metal laser welding, and the method comprises the following steps: Step 1, cleaning the oil stain on the surface of aluminum alloy, removing the oxide film on the surface of aluminum alloy; step 2, using double laser beam for aluminum steel dissimilar joint lap welding, the main laser beam irradiates on the aluminum plate, and the second laser beam The laser beam irradiates the steel plate; step 3, the main laser beam energy acts on the aluminum plate completely to melt the base metal, and the molten aluminum base metal spreads freely on the steel base metal surface to form a fusion \u2011 brazing joint; step 4, the second laser beam acts on the steel plate surface to heat the edge aluminum liquid spread on the steel plate base metal surface, so that the aluminum liquid and the steel plate form a intermetallic combination again Layer. The invention directly acts on the surface of the steel plate by adding a second laser beam, and has the technical effect of improving the performance of the welding joint.

【技术实现步骤摘要】
一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法
本专利技术涉及铝钢异种金属激光焊接领域，尤其涉及一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法。
技术介绍
铝钢焊接时，由于二者的冶金相容性较差，难以依靠固相互溶实现连接，二者接触必然会形成硬脆相的铝钢金属间化合物。尽管钎焊界面过厚的金属间化合物层会急剧削弱接头的性能，但一定量的金属间化合物层的形成是实现铝钢连接的必要条件。钢铝异种金属激光熔钎焊过程中，光束作用在铝板表面使铝熔化后在钢板表面铺展形成钎缝，然而由于焊接过程中钢板不熔化，因此作用在钢板表面的热量仅仅依靠热传导传递，特别对于远离焊接热源的焊缝边缘区域，所获得的能量十分不足。因此，许多研究中指出单激光束熔-钎焊焊接铝钢异种金属时，焊缝边缘由于热输入不足未产生足量的金属间化合物层，导致此处是接头的薄弱区域。因此，本领域的技术人员致力于开发一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，产生足量的铝钢金属间化合物层从而达到提升焊接接头整体性能的作用。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是焊缝边缘由于热输入不足未产生足量的金属间化合物层，导致此处是接头的薄弱区域。为实现上述目的，本专利技术提供了一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、清洗铝合金表面的油污，去除铝合金表面的氧化膜；步骤2、采用双激光束进行铝钢异种接头搭接焊，主激光束照射在铝板上，第二激光束照射在钢板上；步骤3、所述主激光束能量完全作用在铝板之上使母材熔化，熔化的铝母材自由铺展在钢母材表面，形成熔-钎焊接头；步骤4、所述第二激光束作用在钢板表面，对铺展在钢板母材表面的边缘铝液进行加热，使所述铝液与钢板再次形成金属间化合物层。进一步地，所述双激光束并行排列，与焊接方向垂直。两激光束焦点距离相同或不同均可。进一步地，所述主激光束照射在铝钢搭接距离之内。作用在铝板上的主激光光束光斑位置，由焊缝的横截面宽度来决定，在保证铝板边缘完全熔化的情况下，照射在铝板上的光斑应尽量远离搭接边缘，增大熔化铝液体积，有利于提高铝液铺展面积。优选的，主激光束位置选择距铝板边缘0.4mm，在此条件下熔化的铝母材适量且可以顺利铺展至钢板表面。进一步地，所述第二激光束仅照射到钢板之上，且所述第二激光束的聚焦光斑与铝板的边缘相切。两激光束之间的距离由铝板厚度及激光热输入来决定。优选地，双激光束光斑直径大于0.4mm。进一步地，所述双激光束采用单激光器配备双激光束焊接头或者两个激光器产生。进一步地，所述双激光束功率均可调节。所使用主激光束能量应根据铝板厚度及焊接速度选择，保证充足的铝母材熔化，同时其下方的钢板不熔化。照射在钢板上的第二激光束，在保证钢板不熔化的情况下，热输入越大越好，使得新形成的金属间化合物尺寸较大。若能量过小则熔融铝量不足，焊缝铺展润湿不够，焊缝性能难以保证；若能量过大则会使钢板熔化，铝钢混合将导致大量金属间化合物形成从而严重的影响焊缝接头性能。照射到钢板的激光束功率起到补充热源作用，使得铝板熔化后下淌的液体继续受热与钢板形成金属间化合物。保证完全连接情况下，金属间化合物厚度越薄越好，而铝液的铺展面积越大越好。第二激光束能量为主激光束能量的0％～100％，优选25％～50％。进一步地，所述主激光束仅通过热传导焊方式进行焊接，确保下部钢板不熔化。进一步地，所述第二激光束采用正离焦焊接，增大光斑尺寸，增加金属间化合物尺寸。优选的，所述双激光束为光纤激光。进一步地，还采用侧吹惰性气体保护。保护范围能有效覆盖双光束熔池。进一步地，所述步骤1清理油污采用无水乙醇进行擦洗并干燥，清理氧化膜采用400号金相砂纸对铝合金表面进行打磨。在本专利技术的较佳实施方式中，通过外加第二激光束直接作用在钢板表面，改善钢铝异种金属熔-钎焊时热输入分布，进而改善铝钢焊接界面金属间化合物层的分布，使之更加均匀，接头性能得到提升。在本专利技术的另一较佳实施方式中，由于第二激光束的存在，会使熔-钎焊焊缝的成形得到改善，具体表现在焊缝润湿长度增长，焊缝润湿角减小。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法的焊接全局示意图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法的光斑位置俯视示意图；图3是本专利技术的一个较佳实施例的一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法所得焊接接头头部界面层；图4是未外加第二激光束所得焊接接头头部界面层。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。本专利技术公开了一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，主要适用于钢铝异种金属激光熔-钎焊焊接中，提高焊接接头性能。本专利技术的主要原理是外加第二激光束直接作用于钢板之上，为远离主光束的焊缝头部区域提供充足的热输入以确保必要的铝钢金属间化合物的形成，从而增强界面层强度进而提升焊接接头性能。本专利技术的主要步骤为：主激光束能量完全作用在铝板之上使母材熔化；引入第二激光束作用在镀锌钢板表面，起到补充热源的作用；熔化的铝母材自由铺展在钢母材表面，形成熔-钎焊接头。具体实施方式包括以下几步：(1)板材装夹前，对铝合金及钢母材表面的油污使用无水乙醇进行清理，完成后对板材进行干燥。除此之外，对铝合金表面使用400号金相砂纸进行打磨以去除其表面的氧化层，对钢板表面无需打磨。(2)装夹板材，铝合金板材装夹与钢板上方，使用夹具将其固定。(3)调整光斑位置及光束能量，使之适合所需的焊接工艺。(4)使用光纤激光器按照预先设定的工艺参数进行施焊，完成焊接。下方结合具体实施例对本专利技术做进一步的描述。如图1所示，试验材料分别为DP590双面热镀锌钢板及AA7075铝合金板材，采用IPG光纤激光器进行焊接，激光聚焦后光斑直径0.4mm。试验中钢板厚度为1.2mm，长度为150mm，宽度为50mm；铝板厚度为1.0mm，长度为150mm，宽度为40mm。第一步，使用无水乙醇对钢、铝母材表面进行清洗，去除其表面油污并干燥。对铝合金母材表面使用400号金相砂纸打磨去除表面氧化层。第二步，安装试验板材，试验中钢板安放于下部，铝板安放于上部，采取铝在上钢在下的搭接焊接模式，钢铝板材重合部分的宽度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1、清洗铝合金表面的油污，去除铝合金表面的氧化膜；/n步骤2、采用双激光束进行铝钢异种接头搭接焊，主激光束照射在铝板上，第二激光束照射在钢板上；/n步骤3、所述主激光束能量完全作用在铝板之上使母材熔化，熔化的铝母材自由铺展在钢母材表面，形成熔-钎焊接头；/n步骤4、所述第二激光束作用在钢板表面，对铺展在钢板母材表面的边缘铝液进行加热，使所述铝液与钢板再次形成金属间化合物层。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、清洗铝合金表面的油污，去除铝合金表面的氧化膜；
步骤2、采用双激光束进行铝钢异种接头搭接焊，主激光束照射在铝板上，第二激光束照射在钢板上；
步骤3、所述主激光束能量完全作用在铝板之上使母材熔化，熔化的铝母材自由铺展在钢母材表面，形成熔-钎焊接头；
步骤4、所述第二激光束作用在钢板表面，对铺展在钢板母材表面的边缘铝液进行加热，使所述铝液与钢板再次形成金属间化合物层。


2.如权利要求1所述的提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，其特征在于，所述双激光束并行排列，与焊接方向垂直。


3.如权利要求1所述的提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，其特征在于，所述主激光束照射在铝钢搭接距离之内。


4.如权利要求1所述的提高铝钢异种金属激光熔钎焊搭接接头强度的方法，其特征在于，所述第二激光束仅照射到钢板之上，且所述第二激光束的聚焦光斑与铝板的边缘相切。

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海超，袁锐，田可嘉，邓胜杰，芦凤桂，唐新华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31