一种镁/钢异种金属汽车车门搭接焊方法技术

本发明专利技术提供一种用于镁合金/钢异质金属汽车车门的搭接焊方法。针对镁在上、钢在下的典型车门平板搭接或带角度搭接结构，采用激光与电弧复合热源焊接技术，选择直接焊或填充焊丝、夹层以及金属镀层的方式，调节激光与电弧和焊丝的空间相对位置以及激光和电弧等焊接工艺参数，获得具有低润湿角、钉扎成形、高冶金反应温度和高结合强度等特征的镁合金/钢焊接接头，实现镁合金/钢异质金属搭接接头的成形和性能精确调控。本发明专利技术可解决镁合金和钢由于物理化学性质差异过大导致的焊缝不铺展、难固溶、不反应，以及传统电弧焊接产生的焊后变形裂纹问题。特别地，解决带角度搭接焊接时，熔化的液态镁合金脱离未熔化的固态金属基体形成断层的问题。断层的问题。断层的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种镁/钢异种金属汽车车门搭接焊方法


[0001]本专利技术属于材料工程
，特别地是适用一种用于镁合金/钢异质金属汽车车门的搭接焊方法。

技术介绍

[0002][0003]混合材料设计是实现汽车轻量化的重要途径。钢目前仍是汽车主体材料。而镁合金作为最轻的金属结构材料，具有比强度高、吸能减震好等特征，在汽车结构中具有巨大的应用潜力。《节能与新能源汽车技术路线图2.0》指出，镁合金的典型目标是提高铸造和变形镁合金性能，实现前端框架、座椅骨架和四门两盖等产业化应用。镁合金与钢之间的结构设计与制造成为了现阶段实现汽车轻量化突破的重要途径之一，例如汽车车门镁合金内板与钢外板的带角度搭接结构，高强钢加强筋与镁合金车门内板的平板搭接焊接等。
[0004]然而，镁/钢焊接仍存在许多挑战。首先，Mg
‑
Fe熔点(Mg：650℃，Fe：1538℃)沸点(Mg：1090℃，Fe：2750℃)差异巨大；其次，Mg、Fe晶格类型差异(Mg：HCP，Fe：BCC)；最后，Mg
‑
Fe为难固溶不反应体系。以上因素将导致焊后接头润湿角大、界面晶格错配度大、缺少连接介质产生焊后裂纹等现象。因此，镁合金/钢焊接结构件设计和制备迫切需要开发出新的先进焊接技术。陈树海等人提出应用搅拌摩擦焊的方式焊接镁/钢异种材料(CN102861999A)，但复杂零部件的焊接和效率受到限制。刘磊等人应用电阻点焊的方式焊接镁/钢，但接头的承载能力有限。檀财旺等人利用激光填丝焊的方式焊接镁/钢异种材料(CN102528286A，CN102091872A)，接头成形和力学性能得到明显改善。宋刚等人则应用激光诱导电弧熔化焊的方式对接焊接镁/钢(CN103551759A，CN108188582B)，在不去除余高的情况下，接头可断裂在钢侧。然而，对于汽车车门镁/钢焊接结构的研究较少，现有方法难以满足设计需求。
[0005]因此，有必要提供一种镁合金与钢之间的异质金属汽车车门的搭接焊方法，用以实现汽车轻量化的发展。

技术实现思路

[0006]根据上述提出的镁合金/钢焊后接头润湿角大、界面晶格错配度大、缺少连接介质产生焊后裂纹等现象，针对目前镁合金/钢平板搭接焊接和带角度搭接焊接研究较少，且熔钎焊接头强度较低的问题，而提供一种用于镁合金/钢异质金属汽车车门的搭接焊方法。本专利技术充分发挥脉冲激光与电弧复合热源具有能量密度和梯度可柔性调控的能力，利用脉冲激光瞬时作用于钢板提高界面反应温度、利用激光在钢板上形成匙孔所具有的钉扎作用抑制裂纹扩展改善接头受力模式以及激光改善接头润色铺展能力，进而获得成形连续、界面冶金结合的高质量搭接焊接头。本专利技术可改善镁合金/钢搭接焊接头润湿能力，增加界面层连接面积，避免焊后接头裂纹的产生，提高单位长度焊缝的抗拉载荷至325.2N/mm，满足汽车车门镁合金/钢结构零部件设计需求。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]针对镁在上、钢在下的典型车门平板搭接或带角度搭接结构，采用激光与电弧复合热源焊接技术，利用直接焊，或填充焊丝、夹层以及金属镀层的方式，调节激光与电弧和焊丝的空间相对位置以及激光和电弧等焊接工艺参数，获得具有低润湿角、钉扎成形、高冶金反应温度和高结合强度等特征的镁合金/钢焊接接头，实现镁合金/钢异质金属搭接接头的成形和性能精确调控。
[0009]进一步地，具体包括如下步骤：
[0010]S1、焊接前使用砂纸、酒精和丙酮将具有一定尺寸厚度的镁合金和钢待焊金属表面的油杂物及氧化膜去除，对待焊镁合金边缘开或不开一定角度全坡口；
[0011]S2、对步骤S1处理完成的镁合金和钢板在自制的焊接卡具上进行固定装卡，采用镁合金在上、钢在下的平板搭接或带角度搭接结构，设置搭接宽度，选择直接焊或填充焊丝、夹层以及金属镀层等焊接方式；
[0012]S3、调节激光束与电弧和焊丝的空间相对位置，以及激光和电弧等焊接工艺参数，包括但不局限于：激光脉冲电流、脉宽、脉冲频率、激光离焦量、电弧电流、钨极高度(H
T
)、钨极尖端与激光束沿焊接方向的水平距离(D
la
)和垂直于焊接方向的水平距离(错位量)、焊接速度、送丝速度、送丝角度、气体流量等，对步骤S2装卡完成的镁合金/钢搭接接头进行激光与电弧复合热源焊接；
[0013]S4、对步骤S3焊接完成的镁合金/钢搭接接头，为防止焊后接头变形，焊接卡具保持按压状态，直至接头冷却至室温后卸载，完成镁合金/钢搭接焊接。
[0014]进一步地，步骤S1所述镁合金可选为铸造镁合金或变形镁合金，镁合金厚度≦3.0mm。
[0015]进一步地，步骤S1所述钢为汽车钢，包括低强度钢(<500MPa)或高强度钢(500MPa～1000MPa)或超高强度钢(>1000MPa)。
[0016]进一步地，步骤S1所述坡口角度可选为0
°
～75
°
。
[0017]进一步地，步骤S2所述搭接宽度为0～20mm。
[0018]进一步地，步骤S2所述焊丝可选为AZ(Mg
‑
Al
‑
Zn)、AM(Mg
‑
Al
‑
Mn)、AS(Mg
‑
Al
‑
Si)、MR(Mg
‑
Re)系镁合金焊丝，和Cu基焊丝，焊丝直径≦2mm。
[0019]进一步地，步骤S2所述夹层或金属镀层可选为Cu、Zn、Sn、Al、Ni、Cu
‑
Sn、Cu
‑
Zn、Cu
‑
Ni。镀层方式可以电镀、化学镀和真空镀。夹层或金属镀层厚度≦0.5mm。
[0020]进一步地，步骤S3所述焊接工艺参数范围应满足：
[0021]激光与电弧的作用位置可选为向镁侧偏移0～3mm，或向钢侧偏移0～3mm；激光功率可选为0～2000W；激光离焦量可选为0～
±
10mm；电弧电流可选为40～200A；钨极高度可选为0.5～3.0mm；钨极尖端与激光束沿焊接方向的水平距离(D
la
)可选为0～3.0mm；钨极尖端与激光束沿垂直于焊接方向的水平距离(错位量)可选为0～3.0mm；焊接速度可选为100～2000mm/min；5送丝速度可选为500～5000mm/min；送丝角度可选为10
°
～75
°
；气体流量
[0022]可选为10～20L/min；
[0023]进一步地，步骤S3所述的激光热源，可选用固体激光、气体激光或半导体激光，激光作用方式可为脉冲、连续、脉冲振荡和连续振荡模式。
[0024]进一步地，步骤S3所述的电弧热源可选用非熔化极气体保护焊0(TIG/TAG)、熔化极气体保护焊(MIG/MAG)。
[0025]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0026]1、本专利技术可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于镁合金/钢异质金属汽车车门的搭接焊方法，其特征在于：针对镁在上、钢在下的典型车门平板搭接或带角度搭接结构，采用激光与电弧复合热源焊接技术，利用直接焊，或填充焊丝、夹层以及金属镀层的方式，调节激光与电弧和焊丝的空间相对位置以及激光和电弧的焊接工艺参数，获得具有低润湿角、钉扎成形、高冶金反应温度和高结合强度的镁合金/钢焊接接头，实现镁合金/钢异质金属搭接接头的成形和性能精确调控。2.根据权利要求1所述的一种用于镁合金/钢异质金属汽车车门的搭接焊方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、焊接前使用砂纸、酒精和丙酮将具有一定尺寸厚度的镁合金和钢待焊金属表面的油杂物及氧化膜去除，对待焊镁合金边缘开或不开一定角度全坡口；S2、对步骤S1处理完成的镁合金和钢板在自制的焊接卡具上进行固定装卡，采用镁合金在上、钢在下的平板搭接或带角度搭接结构，设置搭接宽度，选择直接焊或填充焊丝、夹层以及金属镀层的焊接方式；S3、调节激光束与电弧和焊丝的空间相对位置，以及激光和电弧的焊接工艺参数，包括但不局限于：激光脉冲电流、脉宽、脉冲频率、激光离焦量、电弧电流、钨极高度、钨极尖端与激光束沿焊接方向的水平距离和垂直于焊接方向的水平距离、焊接速度、送丝速度、送丝角度、气体流量，对步骤S2装卡完成的镁合金/钢搭接接头进行激光与电弧复合热源焊接；S4、对步骤S3焊接完成的镁合金/钢搭接接头，为防止焊后接头变形，焊接卡具保持按压状态，直至接头冷却至室温后卸载，完成镁合金/钢搭接焊接。3.根据权利要求2所述的一种用于镁合金/钢异质金属汽车车门的搭接焊方法，其特征在于，步骤S1所述镁合金选用铸造镁合金或变形镁合金，镁合金厚度≦3.0mm。4.根据权利要求2所述的一种用于镁合金/钢异质金属汽车车门的搭接焊方法，其特征在于，步骤S1所述钢为汽车钢，包括低强度钢或高强度钢或超高强度钢。5.根据权利要求2所述的一种用于镁合金/钢异质金属汽车车门的搭接焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋刚，王红阳，张兆栋，刘黎明，郎强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：