[发明专利]基于内外双支撑的小直径管材的激光熔钎填丝焊接方法

说明书

本发明公开了一种基于内外双支撑的铝/钢小直径管的激光熔钎填丝焊接方法，该方法包括以下步骤：①坡口加工及焊前清理；②内外双支撑套筒的加工及装配；③焊丝与钎剂的选择与预置；④焊接过程的实施；⑤铝/钢管异种接头的取出。本发明通过使用内外陶瓷支撑套筒有效抑制熔化的焊丝由于重力及离心力的作用而偏离铝/钢管接头待焊部位的问题，也有效预防铝/钢管焊漏及下塌等缺陷，进而实现铝/钢小直径管异种接头焊缝的强制成形；通过添加焊丝及预置钎剂的方式，可对铝/钢管异种接头焊缝进行元素成分调控，抑制脆性Fe‑Al化合物的大量生成及裂纹的产生，避免了接头的脆性，提高铝/钢小直径管异种接头的强度，实现有效连接。

技术领域

本发明涉及一种基于内外双支撑的小直径管材的激光熔钎填丝焊接方法，属于激光焊接技术领域。

背景技术

近年来，节能减排成为汽车工业发展的重要研究方向，降低汽车燃油消耗及减少汽车尾气排放是汽车轻量化的重要衡量指标。相对于传统的单一材料车身，多种材料车身可充分发挥不同材料的性能优势，更好的实现汽车轻量化。近年来，铝合金由于具有重量轻、比强度高、优良耐腐蚀性、良好成形性能及低温性能等优点，在车身上的应用量逐渐增多，因此，这就涉及到铝合金和钢材料之间的连接问题。

然而铝合金和钢由于其热物理性能（如线膨胀系数、密度等）差异较大，熔化焊接时往往会由于焊接头产生较大的热应力，而易产生裂纹的缺陷，另外铝合金和钢的焊缝界面还易形成大量的脆性Fe-Al化合物，弱化铝/钢焊接头的接头性能，增大了其焊接难度。近年来针对铝合金和钢板材的焊接已有相关学者和研究机构提出了激光熔钎填丝焊的方法，并实现了对铝/钢平板异种接头的可靠连接。如名称为“一种铝钢异种金属激光熔钎填丝焊的工艺”的中国专利，申请号201911251370.1，该专利通过在在钢/铝界面处添加涂敷有钎剂的钎料，在保护气体的环境下进行激光填丝焊接，通过一定的工艺调整实现了优良的焊缝成型和接头性能。另外，名称为“一种铝和钢表面同时添加粉末的铝钢激光焊接方法”的中国专利，申请号201610903476.5，也通过在铝钢界面处预置中间层粉末，然后采用激光熔钎填丝焊的方法抑制了Fe-Al化合物的生成并获得了可靠的连接接头。

然而，相比于铝/钢平板的焊接，铝/钢小直径管的焊接难度更大，简单的照搬铝/钢异种金属平板激光熔钎焊接的方法难以实现铝/钢薄壁小直径管的有效连接。铝/钢薄壁小直径管在激光焊接时，除了在焊缝处易产生裂纹及脆性金属间化合物从而恶化铝/钢接头性能以外，小直径的铝/钢管筒体由于曲率较小，而焊丝在熔融状态温度较高且流动性较强，熔化的焊丝滴落在焊缝处往往来不及凝固而在重力的作用下沿着焊缝表面而向下部流动，从而使得焊缝出现熔合、烧穿及气孔等焊接缺陷，另外管道的焊接常采用转动的变位器来平衡管道的焊接位置，而在管道转动焊接时，刚刚附着于铝/钢焊缝表面的熔滴也会因为受到离心力的作用而导致熔滴甩离焊缝，难以实现铝/钢小直径管的有效连接。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种基于内外双支撑的小直径管材的激光熔钎填丝焊接方法。

本发明的技术解决方案是这样实现的：基于内外双支撑的小直径管材的激光熔钎填丝焊接方法，包含以下步骤：

①坡口加工及焊前清理：

根据铝合金管和钢管的直径及壁厚，对铝合金管和钢管的待焊一侧进行坡口加工，坡口形式一般为环V型坡口，不留钝边；坡口加工完成后，并对待焊部位进行焊前清理；对铝合金管的清理方式一般采取化学反应的清洗方式，首先用稀NaOH溶液对铝合金管尤其是待焊部分进行浸泡2-5min清洗，用以去除铝合金管表面氧化膜，然后使用稀H2SO4溶液对铝合金金管浸泡清洗10-30s以去除残留碱液，最后使用清水对其冲洗以去除残余酸液，并采用压缩空气进行吹干；对钢管的焊前清理方式一般为机械打磨的方式，使用砂轮机或者砂纸对钢管待焊部位尤其是坡口处进行仔细打磨以去除氧化膜，直至显现金属光泽为止。

②内外双支撑套筒的加工及装配：