一种中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113172339A(43)申请公布日2021.07.27(21)申请号202110488339.0(22)申请日2021.05.06(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人王文权杜明陈达智张新戈李建华牛加飞吴大振(74)专利代理机构山东瑞宸知识产权代理有限公司37268代理人伦文知(51)Int.Cl.B23K26/21(2014.01)B23K26/142(2014.01)B23K26/70(2014.01)B23K101/40(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法(57)摘要本发明提供了一种中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，它包括如下步骤：(一)对等厚度的待焊接铝板和钢板分别开Y型坡口和V型坡口，对Y型坡口、V型坡口及铝板和钢板的上下表面进行深度清理；(二)将待焊接铝板和钢板置于焊接夹具上进行装夹固定，焊接接头形式为对接接头；(三)调整主光束和辅助光束的位置，设置光束功率；(四)设定工艺参数，且焊接工艺参数一旦确定，在焊接过程中均保持不变。该焊接方法采用激光填丝可以提高铝合金的吸收率，稳定焊接过程，阻止了裂纹形成的条件，改进了焊缝的力学性能，且该焊接方法可以有效调节焊接接头温度场分布，有利于控制界面反应，同时解决了侧壁未熔合的缺陷，提高了焊接接头的强度。CN113172339ACN113172339A权利要求书1/2页1.一种中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，其特征是：它包括如下步骤：(一)对等厚度的待焊接铝板(1)和钢板(2)分别开Y型坡口和V型坡口，对Y型坡口、V型坡口及铝板(1)和钢板(2)的上下表面进行深度清理；(二)将待焊接铝板(1)和钢板(2)置于焊接夹具上进行装夹固定，焊接接头形式为对接接头；(三)调整主光束(8)和辅助光束(9)的位置，设置光束功率：将两个不同能量和光斑形状的光纤激光器和半导体激光器作为焊接热源，所述光纤激光器的功率为2～6kW，所述半导体激光器的功率为2～4kW；其中，将光纤激光器发出的激光聚焦为圆形光斑(3)作为主光束(8)辐照于铝板(1)侧的Y型坡口位置，并熔化填丝金属(5)使之填充坡口，所述圆形光斑(3)的直径为0.3～2.0mm；将半导体激光器发出的激光整形为矩形光斑(4)作为辅助光束(9)辐照于钢板(2)侧的V型坡口斜面，对钢板(2)坡口斜面进行预热，促进铺展在钢板(2)边缘的熔融态金属液体的流动性，使填丝金属(5)顺利地向铝板(1)和钢板(2)之间的间隙里润湿铺展，所述矩形光斑(4)的宽度为2～4mm、长度为3～6mm；所述主光束(8)和辅助光束(9)的离焦量为‑4～+4mm；所述主光束(8)和辅助光束(9)沿焊接方向(7)交叉式排列，所述辅助光束(9)在前、主光束(8)在后，所述主光束(8)和辅助光束(9)的入射方向均与铝板(1)和钢板(2)的上表面垂直；(四)设定工艺参数，且焊接工艺参数一旦确定，在焊接过程中均保持不变：采用纯度为99.99％的氩气作为保护气体，所述保护气体的气体流量为15～20L/min；焊接速度为1.5～6.0m/min；送丝角度α3为30°～60°，所述主光束(8)和辅助光束(9)均沿着焊接方向(7)以相同的速度移动，送丝速度与焊接速度的比值K的取值范围为8～12；由于待焊接的钢板(2)和铝板(1)的厚度可变，主光束(8)的功率设定需满足数学模型公式：P＝(d1×v)/K1式中：P—设定主光束功率，单位Kw；d1—钢板和铝板的厚度，单位mm；v—焊接速度，单位mm/min；K1—比例系数，取值范围为2～10,保证铝板(1)和填丝金属(5)发生熔化；根据上述公式计算出设定主光束功率P，再进行激光焊接。2.根据权利要求1所述的中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，其特征是：所述钢板和铝板的厚度d1为3～10mm，所述铝板侧Y型坡口的角度α1的取值范围为45°～60°，所述Y型坡口的底部剩余板厚d2为d1的50％；所述钢板侧V型坡口的角度α2的取值范围为45°～60°；所述铝板与钢板底部之间的预留间隙W为0.5～1.0mm。3.根据权利要求2所述的中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，其特征是：所述填丝金属(5)为AlSi12近共晶合金焊丝，所述填丝金属(5)的直径为1.2～6.0mm。4.根据权利要求3所述的中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，其特征是：所述保护气体包括正面和背面两个方向的保护气体，其中，正面的保护气体采用侧吹、沿焊道吹送和同轴气体保护的方式对焊接熔池进行保护；在光纤激光器和半导体激光器的焊头上均设有侧吹和同轴方向的保护气体；2CN113172