一种高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114918542A(43)申请公布日2022.08.19(21)申请号202210214896.8(22)申请日2022.03.04(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫街200号(72)发明人秦渊孙潇宇杨森黄鸣(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203专利代理师赵毅(51)Int.Cl.B23K26/24(2014.01)B23K26/60(2014.01)B23K33/00(2006.01)B23K103/10(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称一种高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法(57)摘要本发明公开了一种高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法。该方法首先将待焊工件进行焊前打磨、清洗处理，选择合适的填充粉末与作为增强相的纳米颗粒，将其通过球磨的方式均匀混合，将混合粉末预置于待焊件的接缝表面，最终进行激光焊接。本发明相较于高强铝合金的其他激光焊接方式，优势为：粉末置于焊缝上方，提升激光吸收率，增加焊缝深度，焊接效率提升；焊缝填充成分可自由设计和调控，减少了制备焊丝的复杂工序；粉末层厚度可根据工艺自行调控。本发明作为可用于进行高强铝合金激光焊接的方法，所得焊缝晶粒得到细化，热处理后强度达到母材的90％，具有较好的应用前景。CN114918542ACN114918542A权利要求书1/1页1.一种高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，制备步骤如下：步骤一：将待焊高强铝合金工件的待焊位置加工成坡口，对坡口及其附近区域的表面打磨、清理、干燥并用夹具固定；步骤二：将填充粉末与纳米颗粒粉末用球磨机混合均匀，制得混合粉末，并将混合粉末进行干燥；步骤三：将干燥后的混合粉末预置于槽内并压实，使其与铺粉槽表面的高度一致；步骤四：设置激光工艺参数；步骤五：开启保护气，控制激光焊接头发射出激光光束完成整个焊接过程。2.根据权利要求1所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，步骤一中，坡口形状为I型、V型或U型。3.根据权利要求1所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，步骤二中，球磨所用参数为球料比5：1至10：1，球磨时间3h，转速200～300rpm，球磨过程需使用氩气或氮气进行保护。4.根据权利要求1所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，步骤二中，所述的混合粉末中的填充粉末为含Al、Mg和Si元素的合金粉末，7075粉末、5083粉末或AlSi10Mg粉末，填充粉末的平均粒径为20～100μm。5.根据权利要求1所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，步骤二中，所述的混合粉末中纳米颗粒为纳米金属陶瓷颗粒，为SiC，纳米颗粒的平均粒径为50～200nm。6.根据权利要求5所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，用TiC、TiB2或WC，替换SiC，纳米颗粒的平均粒径为50～200nm。7.根据权利要求1所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，步骤二中，所述的混合粉末中纳米颗粒粉末的含量为2.5～20wt.％。8.根据权利要求1所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，步骤三中，预置粉末的厚度为0.5～2mm。9.根据权利要求1所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，步骤三中，所述的固定混合粉末的方式可为使用粘结剂，硬脂酸或聚乙烯醇，具体操作为将粘结剂用水稀释后与粉末进行混合，将混合后的糊状粉末铺于铺粉槽内刮平，放入60℃干燥箱中等待3h使其干燥，粘结剂用量为粉末质量的5％～10％。10.根据权利要求1所述的高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法，其特征在于，步骤四中，激光参数为：激光的波长为1070nm，激光功率为500～6000W，离焦量为‑25mm～+25mm，焊接速度为2.5～20mm/s；激光头沿焊接方向前倾5°。2CN114918542A说明书1/4页一种高强铝合金的纳米颗粒增强激光填粉焊接方法技术领域[0001]本发明涉及一种高强铝合金纳米颗粒增强激光焊接方法，属于材料加工工程领域。背景技术[0002]高强铝合金主要是以Al‑Cu‑Mg和Al‑Zn‑Mg‑Cu为基的合金，即2XXX(硬铝合金类)和7XXX(超硬铝合金类)系合金。其具有比强度高、断裂韧性好、抗低周疲劳性能好等特点。由于其出色的性能，作为高速列车、汽车、航空航天、建筑和军事设施的主要结构材料，应用前景广阔。[0003]目前高强铝合金在应用上的难点主要集中在其较差的焊接性能上。由于铝的反射率高，且熔点低、热导率高、线膨胀系数大，尤其在激光焊接中难以获得较好的焊接效果