[发明专利]激光-电弧双面焊接调控异种材料搭接接头金属间化合物方法

说明书

技术领域

本发明涉及异种材料搭接焊接方法。

背景技术

随着新材料、新工艺的发展，异种材料的复合结构在航空、航天和汽车等工业领域具有巨大的应用潜力，而实现异种材料的复合结构广泛应用首当其冲地就是要解决异种材料的焊接问题。理想的条件是两种材料有完全的互溶性，形成固溶体。而在很多情况下由于被焊的两种材料物理、化学性质的差异较大，会产生脆性的金属间化合物或共晶体，难以获得力学性能优良的焊接接头。

对于物理、化学性能差异比较大的异种材料来说，一方面界面处生成金属间化合物起到连接两种材料载体的作用，只有具备一定厚度的反应层才能够形成有效的焊接接头，另一方方面反应层厚度太大时，力学性能恶化，因此控制适当的界面层厚度是实现异种材料焊接的关键问题。

发明内容

本发明要解决异种材料搭接焊接时生成金属间化合物厚度不容易控制，造成接头力学性能较差的技术问题；而提供了激光-电弧双面焊接调控异种材料搭接接头金属间化合物方法。

本发明中激光-电弧双面焊接调控异种材料搭接接头金属间化合物方法如下：在异种材料的搭接接头间预置钎料，然后将激光束与电弧分别置于搭接接头的两侧同时对称加热焊接，其中低熔点材料一侧激光束深熔焊，高熔点材料一侧电弧钎料钎焊焊接。

本发明方法激光束置于低熔点一侧深熔焊，与钎料实现熔焊，电弧置于高熔点一侧热导焊，与钎料实现钎焊；通过控制激光、电弧二者共同作用的下的能量匹配来实现最优的中间层反应厚度，获得优异的接头性能；采用电弧在材料的另一侧加热作用，改善单一激光焊的热循环，能够的延缓激光焊冷却时间，有利于改善焊缝组织、减少焊接裂纹以及焊缝气孔等缺陷。由于激光、电弧同时对称加热，有利于减少焊接残余应力和减少焊接变形。

附图说明

图1是本发明焊接方法示意图；图2是具体实施方式五方法的接头形貌图；图3是具体实施方式五中激光焊的接头形貌图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中激光-电弧双面焊接调控异种材料搭接接头金属间化合物方法如下：在异种材料的搭接接头间预置钎料，然后将激光束与电弧分别置于搭接接头的两侧同时对称加热焊接，其中低熔点材料一侧激光束深熔焊，高熔点材料一侧电弧钎料钎焊焊接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述钎料为焊丝或中间层。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：激光束的类型为CO₂气体激光束、YAG固体激光束、半导体激光束或光纤激光束。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述电弧为非熔化极电弧。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式对2mm厚Ti-6Al-4V钛合金和2mm厚5A06铝合金搭接焊接，采用Al-12Si近共晶焊丝作为填充材料，采用CO₂激光，激光功率为900W，矩形光斑，离焦量为0，钨极氩弧焊电压为15V，电流80A，弧长4mm，钨极角度为45度，长度为2mm，氩气保护气流为12L/min，焊接速度为1m/min，激光焊接铝合金一侧，电弧焊接钛合金一侧(参见图1)，采用所述参数，通过调整激光功率、光斑形式、离焦量等激光参数和电弧电压、电流、弧长、钨极形状及长度等电弧参数来控制激光和电弧的热输入，在上述参数的调控下获得最佳力学性能的反应层厚度(最佳的焊接工艺参数)，获得的反应层金属间化合物层的厚度在6μm以下(参见图2)，剪切力可达300N/mm。而采用常规CO₂激光直接焊接(焊接条件为：激光功率为1100W，矩形光斑，离焦量为0，焊接速度为1mm/min)获得金属间化合物厚度(参见图3)远远大于激光-电弧双面焊接这种方法，达几十个μm，剪切力只有200N/mm，小于激光-电弧双面焊接这种方法。