[发明专利]一种中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法

权利要求书

1.一种中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，其特征是：它包括如下步骤：

(一)对等厚度的待焊接铝板(1)和钢板(2)分别开Y型坡口和V型坡口，对Y型坡口、V型坡口及铝板(1)和钢板(2)的上下表面进行深度清理；该步骤(一)中，对Y型坡口、V型坡口及铝板(1)和钢板(2)的上下表面进行深度清理的步骤为：依次采用800目、1500目和2000目的砂纸分别对铝板(1)和钢板(2)的坡口表面进行打磨，对打磨完成后的铝板(1)先碱洗后酸洗，并用酒精擦拭，再烘干；对打磨完成的钢板(2)用丙酮进行擦拭，再烘干；

(二)将待焊接铝板(1)和钢板(2)置于焊接夹具上进行装夹固定，焊接接头形式为对接接头；

(三)调整主光束(8)和辅助光束(9)的位置，设置光束功率：将两个不同能量和光斑形状的光纤激光器和半导体激光器作为焊接热源，所述光纤激光器的功率为2～6kW，所述半导体激光器的功率为2～4kW；其中，将光纤激光器发出的激光聚焦为圆形光斑(3)作为主光束(8)辐照于铝板(1)侧的Y型坡口位置，并熔化填丝金属(5)使之填充坡口，所述圆形光斑(3)的直径为0.3～2.0mm；将半导体激光器发出的激光整形为矩形光斑(4)作为辅助光束(9)辐照于钢板(2)侧的V型坡口斜面，对钢板(2)坡口斜面进行预热，促进铺展在钢板(2)边缘的熔融态金属液体的流动性，使填丝金属(5)顺利地向铝板(1)和钢板(2)之间的间隙里润湿铺展，所述矩形光斑(4)的宽度为2～4mm、长度为3～6mm；所述主光束(8)和辅助光束(9)的离焦量为-4～+4mm；所述主光束(8)和辅助光束(9)沿焊接方向(7)交叉式排列，所述辅助光束(9)在前、主光束(8)在后，所述主光束(8)和辅助光束(9)的入射方向均与铝板(1)和钢板(2)的上表面垂直；

(四)设定工艺参数，且焊接工艺参数一旦确定，在焊接过程中均保持不变：采用纯度为99.99％的氩气作为保护气体，所述保护气体的气体流量为15～20L/min；焊接速度为1.5～6.0m/min；送丝角度α₃为30°～60°，所述主光束(8)和辅助光束(9)均沿着焊接方向(7)以相同的速度移动，送丝速度与焊接速度的比值K的取值范围为8～12；

由于待焊接的钢板(2)和铝板(1)的厚度可变，主光束(8)的功率设定需满足数学模型公式：

P＝(d₁×v)/K₁

式中：

P—设定主光束功率，单位Kw；

d₁—钢板和铝板的厚度，单位mm；

v—焊接速度，单位mm/min；

K₁—比例系数，取值范围为2～10,保证铝板(1)和填丝金属(5)发生熔化；

根据上述公式计算出设定主光束功率P，再进行激光焊接。

2.根据权利要求1所述的中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，其特征是：所述钢板和铝板的厚度d₁为3～10mm，所述铝板侧Y型坡口的角度α₁的取值范围为45°～60°，所述Y型坡口的底部剩余板厚d₂为d₁的50％；所述钢板侧V型坡口的角度α₂的取值范围为45°～60°；所述铝板与钢板底部之间的预留间隙W为0.5～1.0mm。

3.根据权利要求2所述的中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，其特征是：所述填丝金属(5)为AlSi₁₂近共晶合金焊丝，所述填丝金属(5)的直径为1.2～6.0mm。

4.根据权利要求3所述的中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法，其特征是：所述保护气体包括正面和背面两个方向的保护气体，其中，正面的保护气体采用侧吹、沿焊道吹送和同轴气体保护的方式对焊接熔池进行保护；

在光纤激光器和半导体激光器的焊头上均设有侧吹和同轴方向的保护气体；

在焊接夹具上设有沿焊道吹送保护气体的通道；

其中，侧吹的保护气体用于驱散等离子体；沿焊道吹送的保护气体用于保护已凝固但温度仍然较高的焊缝金属不被氧化，同时防止氧化夹杂物导致的气孔和飞溅；同轴的保护气体用于防止飞溅物损伤激光器镜片。