[发明专利]一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法

说明书

一种铝合金‑不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，步骤如下：S1、分别对铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理，然后使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理；S2、在不锈钢板待焊区域表面镀Cu‑Ni金属复合镀层；S3、将不锈钢板与铝合金板装配为搭接形式，使用方形光斑激光进行焊接；焊接时控制1/2‑3/4方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/4‑1/2方形光斑照射到不锈钢板上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。该方法通过在不锈钢待焊区域制备Cu‑Ni复合层，可调节焊接过程中金属间化合物生长，使用方形光斑激光控制热输入，可促进熔化的铝合金在不锈钢表面铺展，得到成型美观，综合性能优异的焊接接头。

技术领域

本发明涉及一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，属于焊接技术领域。

背景技术

面对日益严重的能源紧缺问题，交通工具的轻量化越来越受到各国的关注。全不锈钢地铁列车车体结构进一步使用铝合金材料替代部分非承重结构的不锈钢可大大降低列车车身重量，使得地铁列车在启动、运行过程中消耗的电能降低。新能源汽车结构上采用铝-钢复合结构也可降低车身自重，提高续航能力。然而，铝合金与不锈钢之间的焊接仍然存在接头成型差、熔覆金属难以铺展、界面生成脆性金属间化合物、易产生裂纹的等问题。由于铝、钢熔点差异较大，采用传统熔化焊接方法容易导致钢熔化后与铝合金发生反应生成大量金属间化合物，造成“焊后即断”。

在现代加工制造业中，激光焊接应用越来越广泛，研究人员使用激光作为热源，结合对不锈钢亲和性较高的铝-硅焊丝与各类钎剂，提出了铝-钢激光熔钎焊方法，使用激光熔化熔点较低焊丝与铝合金母材形成熔焊接头，再与不锈钢接触形成钎焊界面。但这种方法需要一套复杂的同步送丝系统来完成焊丝的稳定送进，一般为了焊丝与激光束之间的相对稳定，前端送丝管需要固定在激光头上，严重降低了激光焊接的可达性。而且，激光填丝焊接对激光光斑与焊丝尖端的距离及对中性有着极为苛刻的要求，对中难度很大，严重降低焊接效率。常见的铝-钢熔钎焊常采用含氟化合物作为钎剂，改善熔覆金属在不锈钢表面的铺展性，但钎剂在高温加热下释放含氟致癌气体，严重危害人体健康。也有研究人员通过激光深熔焊接实现铝-钢焊接，其原理是通过大功率激光熔透放在不锈钢表面的铝合金，熔化部分上表面不锈钢，使熔化铝合金与少量熔化的不锈钢反应结合；或者熔透放在上方的不锈钢板，少量熔化下方铝合金板。这种方法虽然不需焊丝，焊接过程相对稳定，但会形成较厚的金属间化合物，导致焊接接头一般都存在微裂纹等缺陷，无法保证焊接接头质量。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，该方法通过在不锈钢待焊区域制备Cu-Ni复合层，调节焊接过程中金属间化合物生长，通过使用方形光斑激光控制热输入，促进熔化的铝合金在不锈钢表面铺展，得到成型美观，综合性能优异的焊接接头。

一种铝合金-不锈钢异种金属的激光自熔钎焊方法，其步骤如下：

S1、分别对待焊接的铝合金板和不锈钢板的待焊区域进行打磨和清洗处理，打磨和清洗处理后，使用酸洗液对不锈钢板的待焊区域进行表面活化处理；所述待焊接的铝合金板和不锈钢板的厚度为1-4mm；

S2、使用电镀的方式，依次在不锈钢板待焊区域表面镀厚度为8-14μm的Cu金属镀层和厚度为5-9μm的Ni金属镀层，在不锈钢板待焊区域表面形成Cu-Ni复合镀层；

S3、将不锈钢板与铝合金板装配为铝合金板在上、不锈钢板在下的搭接形式，组成待焊件；使用方形光斑激光对待焊件进行焊接，激光功率为2000-4000W，方形光斑尺寸为(2.5-6.5)mm*(2.5-6.5)mm，焊接速度为0.5-0.9m/min，焊接过程采用高纯氩气保护；

焊接时调节激光束位置，控制1/2-3/4方形光斑照射在铝合金板上熔化铝合金，1/4-1/2方形光斑照射到不锈钢板上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，完成焊接。