[发明专利]一种用于喷射成形Al-Zn-Mg-Cu铝合金激光焊的焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于喷射成形Al-Zn-Mg-Cu铝合金激光焊的焊接方法，属于材料连接技术领域。

背景技术

铝合金以其良好的物理、化学和机械性能，在国防和经济建设的许多重要领域被广泛应用。喷射成形超高强Al-Zn-Mg-Cu铝合金是在Al-Zn-Mg铝合金的基础上发展起来的可热处理强化的变形铝合金。喷射成形技术实现了金属凝固过程的快速凝固、原位凝固和高致密度多重技术指标，既突破了铸造工艺缓慢凝固、宏观偏析和疏松的技术瓶颈，又突破了粉末冶金工艺的难以致密化、构件规格小的技术瓶颈，使金属材料实现高性能和大规格的双重提高。喷射成形技术的发展为开发新一代超高强铝合金提供了新的途径，该技术可大幅提高合金元素的固溶度，细化晶粒、均匀组织、消除宏观偏析等，从而使材料的性能显著提高。

采用喷射沉积技术开发的含Zn量8％以上(质量分数)，最高达14％，抗拉强度为780～830MPa，δ为10％～13％的新一代超高强Al-Zn-Mg-Cu铝合金产品，具有强度高、加工性能好、抗腐蚀性能较好等优点，广泛应用于各种飞机的机身、蒙皮、机翼梁、桁条、飞机轮毂、和火箭中的高强度结构零件等的制造，是航空航天领域中不可缺少的重要结构材料。

采用喷射成形技术制备的Al-Zn-Mg-Cu高性能铝合金在制备大型飞机结构部件时，必然会牵涉到连接技术，而连接接头的性能将会影响到整个结构件的性能。大型客机和运输机需要采用超高强铝合金的零部件，其形状千差万别，由于设备的能力以及铸锭的尺寸问题，不可能由铸、锻工艺解决所有的问题。焊接加工已经成为喷射成形Al-Zn-Mg-Cu铝合金扩大应用的关键工艺。但传统的电弧焊(TIG焊、MIG焊等)焊接铝合金时，焊缝中容易形成未熔合、夹杂、气孔、结晶裂纹等缺陷；此外，铝合金的线膨胀系数大，导热导电性强，焊接时容易产生咬边、翘曲变形等缺陷。对于高强度的可热处理强化铝合金，焊后接头热影响区会发生过时效软化，接头力学性能下降严重。针对喷射成形Al-Zn-Mg-Cu铝合金的强韧性原理和特点，使用传统的电弧焊焊接技术必然面临两大困难：即母材金属熔化后再凝固结晶时过饱和Zn的析出以及母材金属和焊缝金属的性能匹配问题，焊缝强度要远远低于母材的强度。

激光焊是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。高功率CO₂激光焊的功率密度可达10⁷W/cm²，而传统氩弧焊仅为10²-10⁴W/cm²。与传统的TIG焊、MIG焊相比，激光焊接具有焊接质量高、精度高、速度快的特点。此外，激光焊焊接速度快，功能多，适应性强，可靠性高，易实现焊接过程的自动化与精密控制；因为是非接触焊，不用电极，节省了工时及成本；不需要电子束焊接时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生X射线。

因此，采用激光焊接的方法焊接喷射成形超高强Al-Zn-Mg-Cu铝合金时，由于激光焊接能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到很窄的熔化区和热影响区以及熔深大的焊缝；冷却速度快，焊缝组织微细，从而最大程度降低了焊缝中Zn元素的析出，故焊接接头性能良好。

发明内容

本发明的目的所要解决的技术问题是：针对喷射成形Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金采用传统的电弧焊焊接时，由于母材金属熔化后再凝固结晶时过饱和Zn的析出，使得焊接接头的强度大大降低的问题，提供一种采用激光焊接喷射成形超高强Al-Zn-Mg-Cu铝合金的焊接新方法，使其能减少焊缝凝固时Zn元素的析出，同时得到组织细小，性能优良的焊接接头。

为了实现上述目的，本发明解决问题所采取的技术方案是：

一种用于喷射成形Al-Zn-Mg-Cu铝合金激光焊的焊接方法，具体步骤如下：

(1)将待焊接的Al-Zn-Mg-Cu铝合金试板I 1和Al-Zn-Mg-Cu铝合金试板II 2对接安置在焊接操作台3的垫板4上，所述对接缝的方向与垫板4上表面设有的凹槽8的方向相同；

(2)将背部保护气气管5接到气道10内，并设定气流量为13～15L/min；

(3)将侧吹气气管6的气流方向调整为与焊接方向相反，气流量为25～28L/min；

(4)调整设定焊接工艺参数：激光功率为6～8KW；