[发明专利]一种激光填丝焊接连接2XXX与7XXX异种铝合金的方法

说明书

技术领域：

本发明是一种通过填充焊丝连接2XXX和7XXX系列异种铝合金的激光焊接方法，适用于2XXX和7XXX系列异种铝合金的连接领域。

技术背景：

交通运输工具的制造一方面要考虑对性能的要求，另一方面要考虑制造及使用过程对经济性的要求。为达到上述目的，需要在保证交通工具性能的条件下不断减轻自身重量。2XXX和7XXX铝合金是两种可热处理高强铝合金，以其低密度、高比强度等特点广泛应用于航空航天领域，也是现代高速列车、轻型汽车和轿车等的替代材料。由于两种铝合金的广泛应用，不可避免的出现二者之间的连接问题。传统上航空铝合金的连接方法主要是铆接，这样增加了结构的重量。2XXX和7XXX系列异种铝合金的连接主要采用粘接，但是粘接的强度较低。焊接是解决这个问题的首选方法。

传统焊接方法对于焊接铝合金有着极大的局限性。电弧焊方法由于热输入量较大，2XXX和7XXX两种铝合金焊接过程中焊缝及热影响区都会出现严重软化现象，往往认为2XXX系列铝合金使用传统电弧焊可焊性不高，7XXX系列铝合金则不被推荐采用电弧焊。搅拌摩擦焊在对2XXX、6XXX、7XXX系列铝合金及各种铝合金之间的焊接都获得了较好的焊接效果，但是存在搅拌区软化、顶锻压力大、装卡要求高、难以进行三维柔性加工以及焊接速度慢等缺点而限制了其在很多方面的应用。真空电子束焊获得的焊缝质量虽然较电弧焊强度大幅度提高，但由于真空电子束焊成本高、耗时及真空室空间有限等原因，难以得到广泛应用。

激光焊接技术与传统焊接技术相比优势在于，焊接热输入量可控、热影响区小、焊接速度快、焊接效率高、焊接变形小、光束的可达性好，是其他传统热源不能比拟的。激光深熔焊接过程中由于深熔小孔的存在使得激光焊接能量密度高、加热冷却速度快、能获得较窄的焊缝，使其成为一种适合铝合金焊接的方法。且激光焊接能进行复杂的柔性三维加工，易于实现自动化，具有广泛的商业应用前景。在焊接过程中添加填充焊丝不仅起到稳定焊接过程的作用，还在待焊材料之间起到很好的桥联作用，有利于异种金属之间的连接，而且可以通过调整焊丝成分有效的控制焊接接头的成分、抑制热裂纹的产生、提高焊接接头的性能。这些技术特点为2XXX及7XXX系列异种铝合金之间的连接提供了可能。

在激光深熔焊接过程中，激光功率密度超过材料深熔阈值产生深熔小孔，将有利于材料对激光的吸收，然而小孔并非一直稳定存在，它将在等离子体等因素作用下产生不稳定现象从而导致焊接过程失稳，造成焊缝成形的恶化。激光焊接铝合金时，由于Al的蒸发压力较高，因此铝合金激光焊接过程普遍存在不稳定的现象。而且由于氢气在液态铝合金和固态铝合金中溶解度的较大差异，在铝合金焊缝中容易形成氢气孔。焊接过程不稳定和气孔是铝合金焊接的共性问题。2XXX系列合金激光焊接除具有铝合金焊接的特点外，还需要解决热裂纹和焊缝软化问题；而7XXX系列铝合金由于合金中存在着低沸点的Mg、Zn等蒸发性元素，激光焊接时将导致小孔的不稳定、焊缝软化，使焊接质量下降。因而2XXX及7XXX系列异种铝合金的连接具有很大的难度。

在激光焊接过程中添加填充焊丝将会降低激光与材料相互作用区的温度、降低焊接过程的不稳定性，还可以调整焊缝金属的成分，改善热裂倾向，提高焊缝强度。本发明将利用激光填丝焊接方法稳定焊接过程，解决2XXX及7XXX高强铝合金激光焊接过程中的热裂和气孔等问题，再通过调节光丝间距、送丝速度、光束偏移量等焊接参数，进一步稳定焊接过程，从而实现2XXX及7XXX系列异种铝合金的激光填丝焊接连接。

发明内容：

为了解决上述2XXX及7XXX异种铝合金焊接中存在的问题，本发明提供了一种实现2XXX及7XXX异种铝合金的激光填丝焊接连接方法。该方法采用千瓦级激光器作为热源，在激光焊接过程中添加焊丝为连接金属，一方面降低激光与材料相互作用区的温度来稳定焊接过程。另一方面通过调节光丝间距、送丝速度、光束偏移量等焊接参数，进一步稳定焊接过程，不仅实现了两种铝合金之间的连接，解决了热裂和气孔问题，焊缝强度也达到了较高的水平。