[发明专利]一种车用钢-铝叠接接头焊接方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种切割焊接领域，尤其涉及一种车用钢-铝叠接接头焊接方法与系统。

背景技术

伴随世界各国节能减排政策的出台，汽车轻量化设计理念及低碳环保的产品越来越受到消费者的青睐。钢-铝异种金属的复合结构在汽车，机车等运载工具领域已然表现出了巨大的应用前景。因此，解决钢-铝异种金属的连接成为当务之急。对于钢-铝异种金属，由于两者的材料热物理，化学性能差异较大，熔化焊接时在连接界面会产生大量脆性的金属间化合物，严重影响连接接头的力学性能。为了避免钢-铝异种金属在液态下发生冶金反应，人们提出用固态焊接方法进行连接，如摩擦焊、爆炸焊、扩散焊、磁脉冲焊等。这些固态焊接方法能够实现异种材料的连接，但其适用范围较小，存在各种各样的局限性而难以满足生产应用要求。比如搅拌摩擦焊（CN 103894724 B），焊接过程中存在较大机械力输入，不能适用于车身覆盖件中钢-铝异种金属叠接接头的连接。

为了实现钢-铝异种金属的良好连接，人们提出熔-钎焊方法，这种焊接方法是使钢-铝异种金属中的铝合金和填充的焊丝材料受热熔化，而钢却处在固态下，即对铝合金是熔焊，而对钢是钎焊。对于钢-铝异种金属对接接头（CN 102615398 B、CN 106513892 A）、搭接接头（CN 106624281 A），利用这种焊接方法可以实现连接。而对于钢-铝异种金属叠接接头，通常需要依靠添加冶金粉末改善界面化合物相（CN 106378530 A），辅助工艺较复杂。采用激光束直接辐照在钢-铝异种金属叠接接头的焊接方法，只能熔化位于搭接接头上方的钢板或铝板，此时激光束能量将聚集在钢-铝异种金属叠接界面，从而生成大量脆性金属间化合物。

发明内容

本发明的目的是解决车用钢-铝叠接接头激光焊接过程中易出现脆性金属间化合物，结合界面小，接头强度低等问题。

本发明提供一种车用钢-铝叠接接头焊接方法，包括如下步骤。

步骤1、提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件。

步骤2、将第一工件和第二工件上下垂直叠接并夹紧。

步骤3、提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第二传输光纤、激光切割头，激光发生器经第一传输光纤与分光器相连，然后分光器经第二传输光纤与激光切割头相连。

步骤4、提供激光熔钎焊接系统，激光熔钎焊接系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第三传输光纤、激光焊接头、送丝头，激光发生器经第一传输光纤与分光器相连，然后分光器经第三传输光纤与激焊接头相连，激光焊接头、送丝头与激光切割头在焊接方向上串行成列设置。

步骤5、启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的第一激光束垂直辐照第一工件表面，得到贯穿第一工件和第二工件的激光切割缝。

步骤6、启动激光熔钎焊接系统，激光焊接头聚焦形成的第二激光束辐照第一工件表面，第二激光束中心线与激光切割缝的宽度方向对称面重合，激光焊接头、送丝头跟随激光切割头的轨迹进行填丝熔钎焊接，完成焊接过程。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件分别为车用钢材、铝合金。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件厚度为0.8~2 mm。

在其中一实施例中，步骤3中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的第一激光束激光功率为2~6 kW。

在其中一实施例中，步骤3中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的第一激光束焦斑直径为Φ0.2~Φ0.5 mm，焦点功率密度为10⁶ ~10⁷ W/cm²。

在其中一实施例中，步骤3中，激光切割系统中，激光切割头输出的激光束可以是光纤激光，碟片激光，或CO₂激光。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中，激光焊接头聚焦形成的第二激光束激光功率为1~2.5 kW。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中，激光焊接头聚焦形成的第二激光束焦斑直径为Φ0.6~Φ1.5 mm。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中,填充焊丝为Al-Si系焊丝。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中,填充焊丝直径为Φ0.5~Φ1.0 mm。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中,激光焊接头聚焦形成的第二激光光束中心线与竖直方向的夹角α为0~30°。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中,送丝头的送丝角度β为30°~75°。