[发明专利]一种基于激光同步送粉焊接镀锌钢板与AZ91D镁合金的合金粉末和方法

说明书

技术领域

本发明涉及镀锌钢板与镁合金异种材料焊接领域，尤其是涉及一种基于激光同步送粉焊接镀锌钢板与AZ91D镁合金的合金粉末和方法。 

背景技术

镁的比重为1.74g/cm³，铝2.7g/cm³，钢和铁7.8g/cm³，塑料通常0.83～2.2g/cm³。镁比铝轻约三分之一，使用镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。汽车减重可以提高其加速性能；顶部和车门减重，可以降低汽车重心，增强稳定性；前部减重，可以使汽车重心后移，改善操纵性能。镁合金具有较高比强度、比刚度，镁合金的比强度高于铝合金和钢，与工程塑料相当。其比刚度接近铝合金和钢，远高于工程塑料。此外，镁的减振系数远高于铝和钢铁，具有优良的抗冲击性能，有利于减振降噪，因此在转向盘骨架、转向管柱支架、气门室罩盖等汽车零部件中得到较为广泛应用。镁合金具有良好浇铸性和尺寸稳定性，可以浇铸成薄壁、网状和复杂零件，可以整体浇铸，减少零件数目，提高模具使用寿命。同时，镁合金具有良好的可加工性，降低了生产成本。若能实现镁合金与汽车主要材料镀锌钢板的可靠连接，则可以极大扩大镁合金在汽车工业的应用，进一步实现汽车的轻量化。 

镁与铁这两种元素在物理和化学性质上差距巨大：熔点相差885℃、密度差6.122g/cm³，几乎是镁的3倍多，加上镀锌钢板中Zn的存在（挥发与夹杂），这些因素的作用给镁合金与镀锌钢板的焊接造成极大的困难。经 对现有技术的文献检索发现，在中国专利《一种合金元素调控镁/钢焊接方法》（申请号：201210044300.0）中公开了一种对钢表面进行热渗合金处理，再利用自制的Al-Zn-Mg焊丝进行激光搭接焊接获得焊接接头，但这种方法制备工艺复杂，需要对钢材进行预处理，增加了焊接成本。在中国专利《镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法》（申请号：201110099736.5）中公开了一种镁钢异种金属冷金属过渡熔-钎焊连接方法，通过焊接时，焊枪向镁合金板一侧偏离搭接缝隙距离(L)的取值范围变化，控制焊缝合金元素比，然后用冷金属过渡焊焊机进行焊接获得焊接接头。这种方法虽然工艺简单，但由于镁合金熔点低，焊接时镁合金熔化程度不易控制，焊接接头性能易恶化。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出一种基于激光同步送粉焊接镀锌钢板与AZ91D镁合金的合金粉末以及方法以实现提高二者焊接接头性能的目的。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种基于激光同步送粉焊接镀锌钢板与AZ91D镁合金的合金粉末，主要组分为AlMg_xCuZn,x为Al与Mg的摩尔比，比例范围为0-0.4，粉末大小为100-300目。一种基于激光同步送粉焊接镀锌钢板与AZ91D镁合金的方法，按以下步骤进行： 

将去除表面氧化膜的AZ91D镁合金与镀锌钢板搭接装卡；将上述合金粉末混合均匀，利用送粉器将合金粉末送入两种材料搭接区域，同时对合金粉末进行激光辐照，利用激光将粉末熔化，合金粉末在激光辐照作用下熔化形成熔池，通过熔池熔化待焊工件，移走激光，待熔池凝固形成焊缝 送粉量为20-30g/min，激光功率为3-5kW，焊接速度为2-4m/min；焊接环境为惰性气体保护下施焊，合金粉末的送粉气也是惰性气体。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

(1)激光直接照射在粉末上，先熔化粉末，通过粉末的熔化、润湿去溶解待焊工件，可以精确控制焊缝中合金元素的比例； 

(2)填充粉末的熔化过程比焊丝过程更稳定，容易获得稳定的熔池，减少合金元素的烧损，精确控制焊缝中合金元素的比例； 

(3)填充合金粉末配方灵活，可显著改善焊缝金属的冶金行为，尤其是针对Zn的存在，可以获得无夹杂的焊缝； 

(4)在惰性气体保护下或大气环境下实现材料的焊接，焊接表面无需特殊清理，焊接效率高，成本低，接头可靠，具有较为理想的工程实用意义。 

附图说明

图1是激光同步送粉焊接镀锌钢板与镁合金的示意图。 

图中，1——AZ91D镁合金；2——镀锌钢板；3——激光束；4——送粉通道；5——焊缝；6——惰性气体。 

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。