一種增加異種金屬焊接熔池兩側(cè)凹陷的方法

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一種增加異種金屬焊接熔池兩側(cè)凹陷的方法\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種增加異種金屬焊接熔池兩側(cè)凹陷的方法。\n背景技術(shù)\n[0002] 激光深熔焊是利用高能量密度的激光束作為熱源進(jìn)行焊接的一種高效精密的焊接方法，是當(dāng)今激光制造中一種先進(jìn)的工藝方法。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展和新材料的不斷開發(fā)，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的性能和組織要求越來越高，激光焊以高能量密度、深穿透、高精度、適應(yīng)性強(qiáng)、熱影響區(qū)小、組織性能好等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。\n[0003] 對(duì)于薄板焊接，在激光焊接的過程中容易生成凸陷、飛濺、夾雜等缺陷，并且熔池兩側(cè)的晶粒粗大，嚴(yán)重影響焊縫表面質(zhì)量以及焊接接頭的力學(xué)性能。適當(dāng)增大熔池兩側(cè)的凹陷，焊縫表面成型性較好，焊接接頭力學(xué)性能提高。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0004] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)異種金屬在焊接的過程中容易產(chǎn)生凸陷，焊縫表面產(chǎn)生飛濺以及夾雜，嚴(yán)重影響焊縫表面質(zhì)量以及焊接接頭的力學(xué)性能這一難題，本文提出一種增加異種金屬焊接熔池兩側(cè)凹陷的方法，從而提高焊縫表面質(zhì)量以及焊接接頭的力學(xué)性能。\n[0005] 本發(fā)明的方法通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種增加異種金屬焊接熔池兩側(cè)凹陷的方法，其主要包括以下步驟：\n[0006] 步驟1、使用銑刀在鋁合金待焊接區(qū)域表面開V型槽，寬度為0.5mm-0.8mm，深度為\n0.3mm-0.5mm，然后使用不同規(guī)格的砂紙對(duì)鋼板和鋁合金板表面焊接部位進(jìn)行打磨；\n[0007] 步驟2、將打磨好的鋁合金板放入磷酸中磷化，磷化結(jié)束后，放入超聲波清洗器中清洗以去除焊件表面的油污和殘留物；\n[0008] 步驟3、將Ti粉和Mo粉按照1:2的比例放入到燒杯中，往燒杯中加入少量的丙酮，將燒杯放到攪拌器上進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為5min；\n[0009] 步驟4、待粉末混合物干燥后將其加入到噴槍中，使用噴槍將粉末均勻的噴到鋁合金板待焊接區(qū)域表面，粉末涂層的厚度0.3mm，涂抹量為30mgcm2；\n[0010] 步驟5、將涂有粉末的鋁合金板放入真空加熱爐中加熱，溫度控制在200℃-300℃，加熱時(shí)間為30min；\n[0011] 步驟6、在進(jìn)行焊接試驗(yàn)之前，在焊件兩側(cè)放置電加熱裝置，對(duì)整個(gè)焊件進(jìn)行加熱，并維持焊件表面溫度為200℃-300℃；\n[0012] 步驟7、待焊接結(jié)束后，將焊縫區(qū)域切成6mm×6mm小塊制樣，用鑲樣機(jī)進(jìn)行鑲樣，鑲樣完成后分別用不同規(guī)格的砂紙打磨焊縫表面區(qū)域；\n[0013] 步驟8、使用環(huán)境掃描電鏡觀察熔池的形貌，并用標(biāo)尺工具標(biāo)出熔池兩側(cè)凹陷的尺寸；使用金相顯微鏡觀察熔池兩側(cè)的顯微組織，檢測熔池兩側(cè)凹陷區(qū)域兩側(cè)晶粒大小以及焊縫的表面形貌。\n[0014] 本發(fā)明的效果在于：在鋁合金待焊接區(qū)域開V型槽可以存儲(chǔ)少量的混合粉末，防止將鋼板和鋁合金板夾緊時(shí)待焊接區(qū)域粉末發(fā)生局部竄動(dòng)，保證焊接區(qū)域粉末的含量，并且開V型槽可以使得熔融的液態(tài)鋼向下流動(dòng)的空間變大，有利于增大熔池的兩側(cè)的凹陷。通過攪拌器使得Ti粉和Mo粉按照1:2進(jìn)行混合，保證在一定溫度條件下，Ti和Mo形成Ti-Mo連續(xù)固溶體，并且在加熱的條件下Ti-Mo連續(xù)固溶體聚集成顆粒狀，Ti-Mo連續(xù)固溶體的熔點(diǎn)和密度均大于鋼板，在焊接過程中由于激光的攪拌作用,形成的顆粒狀Ti-Mo連續(xù)固溶體流向熔池兩側(cè)，此時(shí)部分熔融的液態(tài)Fe浸潤在顆粒狀固溶體表面，由于固溶體的密度較大，浸潤在顆粒狀Ti-Mo連續(xù)固溶體表面的少量液態(tài)Fe將隨著Ti-Mo連續(xù)固溶體一起向下流動(dòng)，并且鋼鋁界面層中間的部分Ti粉可以阻止鋁合金向上流動(dòng)，從而使得熔池兩側(cè)產(chǎn)生凹陷，同時(shí)增大熔池的深度。焊接過程中形成的Fe-Mo化合物晶粒較小，可以起到細(xì)化晶粒的作用。通過對(duì)比有無添加粉末熔池兩側(cè)的微觀形貌，發(fā)現(xiàn)加入粉末后，熔池兩側(cè)凹陷增加，熔池的深度也增加，晶粒得到細(xì)化，焊縫表面的成形性較好，焊縫表面質(zhì)量得到提高。\n附圖說明\n[0015] 圖1是未添加粉末熔池形貌；\n[0016] 圖2是添加粉末熔池形貌；\n[0017] 圖3是添加粉末晶粒大小及分布；\n[0018] 圖4是添加粉末焊縫表面成形；\n[0019] 具體實(shí)施方法\n[0020] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖1-4對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。\n[0021] 該實(shí)施例提供了一種增加異種金屬焊接熔池兩側(cè)凹陷的方法，主要包括以下步驟：\n[0022] 步驟1、使用銑刀在鋁合金待焊接區(qū)域表面開V型槽，寬度為0.5mm-0.8mm，深度為\n0.3mm-0.5mm，然后使用不同規(guī)格的砂紙對(duì)鋼板和鋁合金板表面焊接部位進(jìn)行打磨；\n[0023] 該步驟中，在鋁合金待焊接區(qū)域開V型槽可以存儲(chǔ)少量的混合粉末，防止將鋼板和鋁合金板夾緊時(shí)待焊接區(qū)域粉末發(fā)生局部竄動(dòng)，保證焊接區(qū)域粉末的含量，并且開V型槽可以使得熔融的液態(tài)鋼向下流動(dòng)的空間變大，熔池兩側(cè)向下流動(dòng)的液態(tài)Fe增多，有利于增大熔池的兩側(cè)的凹陷；使用800目接的部位進(jìn)行清洗，以去除焊件表面的油污和殘留物；使用\n1200目砂紙對(duì)尺寸為100mm×30mm×1.4mm的鋼板表面進(jìn)行打磨；使用2000目砂紙對(duì)貼有保護(hù)膜的鋁合金板進(jìn)行打磨。\n[0024] 步驟2、將打磨好的鋁合金板放入磷酸中磷化，磷化結(jié)束后，放入超聲波清洗器中清洗以去除焊件表面的油污和殘留物；\n[0025] 步驟3、將Ti粉和Mo粉按照1:2的比例放入到燒杯中，往燒杯中加入少量的丙酮，將燒杯放到攪拌器上進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為5min；\n[0026] 該步驟中將Ti粉和Mo粉按照1:2進(jìn)行混合，保證在一定溫度條件下Ti和Mo形成Ti-Mo固溶體，并且在加熱的條件下Ti-Mo連續(xù)固溶體聚集成顆粒狀，Ti-Mo連續(xù)固溶體的熔點(diǎn)和密度均大于鋼板，在焊接過程中由于激光的攪拌作用,形成的顆粒狀Ti-Mo連續(xù)固溶體流向熔池兩側(cè)，此時(shí)部分熔融的液態(tài)Fe浸潤在顆粒狀固溶體表面，由于固溶體的密度較大，浸潤在顆粒狀Ti-Mo連續(xù)固溶體表面的少量液態(tài)Fe將隨著Ti-Mo連續(xù)固溶體一起向下流動(dòng)，并且鋼鋁界面層中間的部分Ti粉可以阻止鋁合金向上流動(dòng)，從而使得熔池兩側(cè)產(chǎn)生凹陷，同時(shí)增大熔池的深度。\n[0027] 步驟4、待粉末混合物干燥后，將其加入到噴槍中，使用噴槍將粉末均勻的噴到鋁合金板待焊接區(qū)域表面，粉末涂層的厚度0.3mm，涂抹量為30mg/cm2；\n[0028] 該步驟中首先使用噴槍將鋁合金表面的V型槽充滿，然后再使用噴槍將粉末均勻噴涂到待焊接區(qū)域，噴涂區(qū)域的面積為30mm×30mm。\n[0029] 步驟5、將涂有粉末的鋁合金板放入真空加熱爐中加熱，溫度控制在200℃-300℃，加熱時(shí)間為30min；\n[0030] 該步驟中使用真空加熱爐對(duì)鋁合金板進(jìn)行加熱，可以增強(qiáng)Ti和Mo的混合粉末的附著在鋁表面的能力。\n[0031] 步驟6、在進(jìn)行焊接試驗(yàn)之前，在焊件兩側(cè)放置電加熱裝置，對(duì)整個(gè)焊件進(jìn)行加熱，并維持焊件表面溫度為200℃-300℃；\n[0032] 該步驟中使用電加熱的方式使得焊件表面維持一定的溫度目的是因?yàn)橹挥性谝欢ǖ臏囟葪l件下Ti粉和Mo粉才能聚集形成顆粒狀連續(xù)固溶體，本發(fā)明維持焊件表面溫度\n200℃-300℃，有利于Ti-Mo顆粒狀連續(xù)固溶體的形成。\n[0033] 步驟7、待焊接結(jié)束后，將焊縫區(qū)域切成6mm×6mm小塊制樣，用鑲樣機(jī)進(jìn)行鑲樣，鑲樣完成后分別用不同規(guī)格的砂紙打磨焊縫表面區(qū)域；\n[0034] 該步驟中，使用鑲樣機(jī)進(jìn)行鑲樣，鑲樣時(shí)間為8分鐘，鑲樣完成后分別用800、1200、\n2000目的砂紙打磨焊縫區(qū)域。\n[0035] 步驟8、使用環(huán)境掃描電鏡觀察熔池的形貌，并用標(biāo)尺工具標(biāo)出熔池兩側(cè)凹陷的尺寸；使用金相顯微鏡觀察熔池兩側(cè)的顯微組織，檢測熔池兩側(cè)凹陷區(qū)域兩側(cè)晶粒大小以及焊縫的表面形貌。\n[0036] 該步驟中，在使用金相顯微鏡觀察熔池兩側(cè)顯微組織之前，先將制好的試樣放在硝酸溶液中腐蝕10秒鐘，腐蝕完之后用丙酮和清水洗滌。\n[0037] 激光焊接時(shí)所使用的設(shè)備為YAG固體連續(xù)激光器，激光焊接工藝參數(shù)為：激光入射功率P＝2100W，焊接速度v＝35mms，離焦量f＝0mm。\n[0038] 本發(fā)明的實(shí)施例中，所述的鋼板試件為DP590雙相鋼，鋁試件為6016鋁合金。本文熔池的形貌通過FEI?QUANTA200掃描電鏡獲得，熔池兩側(cè)的晶粒大小通過金相顯微鏡獲得。\n[0039] 從本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)果來看，通過噴槍將Ti和Mo的混合粉末均勻噴涂到下層鋁合金表面，經(jīng)過預(yù)熱完成焊接試驗(yàn)，熔池兩側(cè)凹陷增加(附圖2)，熔池沿深度方向增加，晶粒得到細(xì)化(附圖3)，焊縫表面質(zhì)量得到提高(附圖4)。\n[0040] 前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。