基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法.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CN113500293A(43)申请公布日2021.10.15(21)申请号202110895432.3(22)申请日2021.08.05(71)申请人吉林大学地址130000吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人谷晓鹏周贺徐国成董娟(74)专利代理机构吉林长春新纪元专利代理有限责任公司22100代理人王怡敏(51)Int.Cl.B23K26/21(2014.01)B23K26/14(2014.01)B23K26/70(2014.01)B23K103/10(2006.01)B23K103/04(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法(57)摘要本发明涉及一种基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法，属于材料焊接技术领域。以Fe/Al基高熵合金金属片为中间层材料，精确调节两并排激光束的功率比，使主光束光斑位于钢板侧，辅助光束光斑位于铝合金板侧。通过控制温度场分布，当高功率激光束的温度达到Fe/Al基高熵合金金属片与钢板的液相线温度以上，在钢板侧，形成熔化焊缝。在铝合金板侧，由于铝熔点较低形成钎焊焊缝。两束激光束的光斑之间预留一段距离，焊接结束后，高熵合金层中间未被激光辐射部分仍为固体状态，避免了Fe，Al元素的相互扩散，减少Fe‑Al金属间化合物的生成，从而改善焊件的抗拉强度。CN113500293ACN113500293A权利要求书1/2页1.一种基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法，其特征在于：采用高熵合金金属片（3）作为铝合金板（2）和钢板（1）异种金属焊接的中间层，在高熵合金金属片（3）与铝合金板（2）、钢板（1）界面上分别采用双光束激光焊，形成钢板（1）侧熔化焊缝和铝合金板（2）侧钎焊焊缝相结合的复合焊接接头；所述高熵合金金属片（3）为Al/Fe基高熵合金金属片，其宽度范围为0.3mm~2mm；焊接过程中，利用其高熵效应和缓慢扩散效应：高熵效应抑制焊缝中形成金属间化合物；缓慢扩散效应阻止母材中的元素向焊缝中大量扩散，进一步抑制金属间化合物的生成；所述双光束激光焊，即采用两束激光束的光斑在钢板（1）与高熵合金金属片（3）界面处和高熵合金金属片（3）与铝合金板（2）界面处对焊缝进行选区加热；两束激光束的光斑分别采用高功率/低功率激光器：高功率激光器发射的激光束作为主光束（6），其主光束光斑（4）置于钢板（1）与高熵合金金属片（3）界面处；低功率激光器发射的激光束作为辅助光束（7），其辅助光束光斑（5）置于高熵合金金属片（3）与铝合金板（2）界面处，并偏向铝合金板（2）侧；调节主光束（6）与辅助光束（7）的功率比为5:1~1:1，主光束（6）与辅助光束（7）的光斑半径比R/R为3:11:1，使主光束（6）的热输入高于辅助光束（7）的热输入；焊接过程中，调节12~主光束（6）的热输入，同时达到高熵合金金属片（3）与钢板（1）的液相线温度以上，在主光束（6）辐射范围内，高熵合金金属片（3）与钢板（1）均发生熔化，形成熔化焊缝；调节激光束的辅助光束（7）的功率，使辅助光束（7）的热输入达到铝合金板（2）的液相线温度以上，但并未达到高熵合金金属片（3）的液相线温度；在辅助光束（7）辐射范围内，使铝合金板（2）发生熔化，高熵合金金属片（3）仍为固体状态，熔融状态的铝液对高熵合金金属片进行润湿铺展而形成钎焊焊缝。2.根据权利要求1所述的基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法，其特征在于：所述的双光束激光焊为双光束同时激光焊或双光束分时激光焊；所述双光束同时激光焊，即主光束（6）和辅助光束（7）同时在钢板（1）与高熵合金金属片（3）界面及高熵合金金属片（3）与铝合金板（2）界面处进行焊接，此时主光束（6）和辅助光束（7）的两光斑之间预留距离d，调节两光斑之间的距离d为0mm0.8mm，使高熵合金金属片（3）中间未被激光辐11~射的部分仍为固体状态，避免Fe，Al原子间的相互扩散而形成脆性Fe‑Al金属间化合物；采用中间层的高熵合金金属片（3）的宽度范围为1mm~2mm；所述双光束分时激光焊，即先采用辅助光束（7）在高熵合金金属片（3）与铝合金板（2）界面处进行焊接，主光束（6）随后在钢板（1）与高熵合金金属片（3）界面处进行焊接，此时主光束（6）和辅助光束（7）的光斑之间不需要有预留距离d，采用中间层高熵合金金属片的宽度范围为0.3mm1mm。1~3.根据权利要求1所述的基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法，其特征在于：所述的铝合金板（2）与钢板（1）可以等厚或不等厚；当铝合金板（2）与钢板（1）等厚时，中间层为Fe/Al基高熵合金金属