[发明专利]铝合金与不锈钢的激光-双TIG电弧复合自熔钎焊方法

说明书

一种铝合金与不锈钢的激光‑双TIG电弧复合自熔钎焊方法，包括采用激光束‑双TIG电弧复合热源对铝合金板在上、不锈钢在下的搭接接头进行焊接，复合热源熔化铝合金，加热不锈钢，形成钎焊界面。所述激光束为变功率脉冲的扫描激光束；双TIG电弧包括正极性TIG电弧和反极性TIG电弧；直流反接TIG焊枪和直流正接TIG焊枪分别位于激光束沿焊接方向的前侧和后侧；焊接过程中，激光束在待焊工件表面扫描，并保证2/3‑3/4激光热量在铝合金板上，1/3‑1/4激光热量在不锈钢板上，直流反接TIG焊枪和直流正接TIG焊枪交替起弧，反极性TIG电弧与高功率激光脉冲形成复合热源，正极性TIG电弧与低功率激光脉冲形成复合热源。本发明焊接方法可获得力学性能优异的自熔钎焊焊接接头。

技术领域

本发明提供了一种铝合金与不锈钢的激光-双TIG电弧复合自熔钎焊方法，属于焊接加工领域。

背景技术

铝合金质量轻、导热性好、耐蚀性好，而钢作为制造业中主要的传统材料，其强度高、韧塑性好、适用性广。铝合金/钢复合结构不仅可以发挥两者优点，而且在保证性能的前提下使制造产品整体轻量化，因而在航空航天、机械装备、轨道交通等国民经济重大领域具有广泛的应用前景。然而铝、不锈钢之间的焊接一直是连接领域的热点和难点问题。主要困难在于：一是焊后两种材料之间会生成金属间化合物，降低了焊接强度；二是由于铝合金表面存在致密的氧化膜，阻碍了异种材料的结合。

但钢、铝之间固溶度低，熔点、密度、热导率、线膨胀系数、晶格常数等热物理性能存在较大的差异，并且二者极易反应生成Fe－Al脆性金属间化合物，此外焊接过程中容易产生气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷，从而削弱接头的力学性能。以上诸多因素限制了不锈钢－铝合金异种金属结构件的应用。因此寻求一种高效优质的焊接方法来实现不锈钢－铝合金异种金属的连接是研究的热点和难点。

基于不锈钢和铝之间熔点的较大差异，熔钎焊成为一种实现不锈钢－铝合金高效优质焊接的方法。熔钎焊过程中铝合金和填充金属熔化，形成熔化焊缝，过渡到不锈钢表面，不锈钢侧并不熔化，最终形成钎焊焊缝。激光熔钎焊具有热输入量小、热源易控制、高效、可达性强等优点，是目前实现铝合金/钢复合结构高效连接比较理想的选择。但现在的铝合金/钢复合结构激光熔钎焊接仍然存在铝合金/钢复合接头的组织不均匀，结合面的连接强度低，容易产生热裂纹等问题，在一定程度上已不能满足目前对不锈钢-铝合金焊接质量和生产效率的要求。焊接技术创新升级是解决上述问题的重要选择对策。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种铝合金与不锈钢的激光-双TIG电弧复合自熔钎焊方法，采用反极性TIG电弧-激光复合热源和正极性TIG电弧-激光复合热源相互交替的方式进行焊接，并通过扫描激光束来调控界面，解决了界面层不均匀的问题，可获得性能优异，界面层均匀的熔钎焊接头。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种铝合金与不锈钢的激光-双TIG电弧复合自熔钎焊方法，包括对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域及四周进行清洁预处理、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢在下的搭接形式，组成待焊工件；

采用激光束-双TIG电弧复合热源对待焊工件进行焊接，复合热源熔化铝合金，加热但不熔化不锈钢；熔化的铝合金在未熔化的不锈钢上铺展，形成钎焊界面；焊接过程采用高纯氩气保护；

所述激光束为变功率脉冲的扫描激光束，包括高功率激光脉冲和低功率激光脉冲；所述双TIG电弧包括由直流正接TIG焊枪产生的正极性TIG电弧和由直流反接TIG焊枪产生的反极性TIG电弧；