[发明专利]一种用于镁合金激光焊接的新型焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种用于镁合金激光焊接的新型焊接方法。

背景技术

镁合金具有密度低、比强度高、电磁屏蔽性好和易回收等一系列优点，被称为二十一世纪的绿色工程材料，被广泛的应用于交通运输、消费电子、国防军工和航空航天等领域。中国、美国、日本和欧盟纷纷将以镁合金为代表的轻金属的研究与应用作为新世纪保持尖端优势的关键。随着汽车工业的快速发展，节能降耗要求的不断提高以及安全和环保法规的日趋严格，汽车轻量化的要求更为迫切，采用镁合金制成汽车零部件可取得显著的减重效果（为钢、铸铁的60%-75%）。我国作为镁资源大国，镁合金的产业化应用己成为国家科技战略发展目标之一。2000年3月，我国科技部启动了“镁合金开发应用及产业化的前期战略研究”，全国共4个研究所、7所高校和20多家企业直接参与了该项目的实施，项目覆盖了原镁的冶炼，镁合金产业化生产和镁合金关键技术产业化等7大方面，致力于推动镁合金在工业领域的规模化应用。但要真正实现镁合金在工业结构中的大量应用，其焊接技术将是十分关键的因素。因此，加速镁合金焊接技术的开发与应用具有十分重要的理论及工程意义。

然而，由于镁合金在常温下易燃烧、氧化，热膨胀系数大而且与氧、氮的亲和力强等特点，导致其焊接性能较差，对焊接工艺的要求也更高。因此，对于复杂结构件，镁合金焊接技术的研究是制约其大规模应用的关键环节，开发一种高质、高效、节能和降耗的镁合金先进焊接技术己成为国内外研究的热点。近来，镁合金的焊接方法主要集中在钨极氩弧焊、激光焊、搅拌摩擦焊和电子束焊等。激光焊接作为一种新型的高能量密度、高精度和高自动化的焊接方法，在现代制造业中得到迅速发展与应用。因此，激光焊接工艺势必成为镁合金焊接工艺中的热点研究方向。

近年来，许多学者对镁合金激光焊接进行了研究和报道。德国的R. S. Coelho等用2.2KW的Nd:YAG激光器焊接2mm厚的AZ31镁合金，得到表面成形好、气孔少且无晶粒明显长大的焊缝。加拿大的H. Al-Kazzaz等用4KW的Nd:YAG激光器成功焊接了2mm-6mm厚的ZE41A镁合金。国内大连理工大学刘黎明等人对AZ31镁合金进行了YAG激光器焊接，发现焊接接头不存在明显的热影响区，焊缝与母材分界非常明显，焊接接头极限抗拉强度最大值达到了母材的95%。

可以看出，目前国内外科研工作者主要采用大功率激光器焊接镁合金。在低功率激光焊接镁合金方面的研究相对较少。这是由于镁合金表面对激光束的反射率高，激光焊接的能量利用率较低等缺点，导致设备的成本随着待焊工件厚度的增加而急剧增加，这些缺点限制了激光焊接技术在镁合金焊接中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于镁合金激光焊接的新型焊接方法，可以显著提高激光束能量利用率，从而实现低功率激光焊接镁合金，降低焊接成本，提高焊接接头力学性能的目的。

本发明的用于镁合金激光焊接的新型焊接方法，往SiO₂活性剂粉末中加入有机溶剂使其成为糊状，然后将糊状SiO₂活性剂均匀涂敷在镁合金待焊接部位的表面，形成SiO₂活性剂涂层，待SiO₂活性剂涂层中的有机溶剂挥发后进行激光焊接。

进一步，所述有机溶剂为丙酮或乙醇；

进一步，所述糊状SiO₂活性剂在镁合金待焊接部位表面的单位面积涂敷量为1~5mg/cm²；

进一步，所述糊状SiO₂活性剂在镁合金待焊接部位表面的涂敷宽度为40mm；

进一步，在镁合金待焊接部位的表面涂敷糊状SiO₂活性剂前，先打磨并用乙醇清洗镁合金待焊接部位的表面；

进一步，往SiO₂活性剂粉末中加入有机溶剂前，先充分碾磨SiO₂活性剂粉末；

进一步，进行激光焊接时所用的焊接设备为YAG固体脉冲激光加工器。

本发明的有益效果在于：本发明在镁合金待焊接部位的表面涂敷糊状SiO₂活性剂从而形成SiO₂活性剂涂层，利用SiO₂活性剂涂层对激光束的较强吸收能力和低反射率，使激光能量的损失率减小，能量传输效率增大，从而显著提高了激光束能量利用率；由于显著提高了激光束能量利用率，因此，焊缝熔深显著增加，焊接接头的力学性能明显提高，同时还可以采用低功率激光焊接，从而降低了焊接成本。

附图说明