[发明专利]一种铝合金薄板大间隙对接的摆动激光填丝焊方法

说明书

本发明公开一种铝合金薄板大间隙对接的摆动激光填丝焊方法，包括如下步骤：先准备两块铝合金薄板，且在两铝合金薄板的对接面之间预留出间隙；在间隙上方设置激光头、送丝嘴和保护气喷嘴；并在间隙的焊接起始端预置第一引板，利用激光束在第一引板上形成熔池后，熔池引入间隙的焊接起始端；然后送丝嘴和激光头对应间隙并沿同一方向行进，铝合金焊丝经激光束加热熔化后填充整个间隙，完成对两铝合金薄板的焊接工作。由于预留间隙，整个焊接过程能够尽可能的减少激光束对铝合金薄板的熔化量，进而能够降低焊接接头的稀释率，减少冶金反应脆性相的产生，同时也能降低接头的气孔率，可实现常规铝合金、铝基复合材料及增材制造铝合金薄板的焊接。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种铝合金薄板大间隙对接的摆动激光填丝焊方法。

背景技术

铝合金作为一种有色金属结构材料，以其密度小、比强度高、抗腐蚀性强、导电性及导热性优良等性能被广泛应用。随着航空航天、能源、海洋工程以及交通运输等现代科学技术的发展，人们对材料性能提出了更高的要求，各种新型的铝合金材料以及新型的铝合金制造技术也应运而生。其中有以碳化硅增强的铝基复合材料为代表的新型铝合金材料，还有以3D打印技术为代表的新型制造技术。例如：碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiC_p/Al)以其较高的比刚度、比强度、导热率、尺寸稳定性以及耐磨、耐腐蚀等优良的性能被广泛应用于航空航天、仪器仪表、精密机械等产业领域。3D打印的AlSi₁₀Mg以其良好的耐腐蚀性、流动性、抗热裂性、无应力腐蚀破裂倾向等优良的综合性能，被作为理想的可实现交通工具轻量化、环保的现代化结构材料。

而作为一种先进的铝合金材料，无论是在航空航天、仪器仪表还是精密机械等产业工程中必然会涉及到自身的连接问题。以SiC_p/Al复合材料的连接问题为例，国内外学者常采用的焊接方式有钎焊、扩散焊、电阻焊、电弧焊、摩擦焊、激光焊和真空电子束焊等。然而，由于复合材料增强相与基体之间的物理和化学性能差异大，故增强体的引入对焊接过程产生较大影响。如采用传统的熔化焊方式，类似于专利文件CN107442935A公开的一种铝合金激光摆动焊接工艺方法中所采用的激光焊接方式，将母材通过激光束熔化后连接在一起，以SiC_p/Al复合材料为例，SiC_p/Al复合材料中的增强相SiC很容易在熔池中与液态Al发生界面反应，生成脆性的Al₄C₃及Al₄SiC₄相，而Al₄C₃相是导致接头强度变低的主要原因。而采用以搅拌摩擦焊为代表的固相连接方式，虽然可以避免母材熔化从而防止Al₄C₃脆性相的产生，但是其热机影响区由于同时承受热和机械力的影响，内部分布着大量严重变形的结构。参考图1中传统单激光对接方式形成的焊后横截面，图1中(a)为SiC_p/2009Al复合材料的焊后横截面以及图1中(b)为3D打印AlSi₁₀Mg的焊后横截面，从图中可看出两种材料的焊后均呈现气孔大且密集的效果。同时，固相焊存在的焊接效率低以及焊接尺寸与接头形式受限等问题也使其难以被广泛应用于灵活复杂的航空航天结构件上。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种铝合金薄板大间隙对接的摆动激光填丝焊方法，在焊接时预留间隙来减少铝合金薄板的稀释率，从而避免气孔缺陷及冶金反应脆性相的产生。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：提供一种铝合金薄板大间隙对接的摆动激光填丝焊方法，所述焊接方法包括如下步骤：

S1、装夹：准备两块铝合金薄板、及若干与所述铝合金薄板材料成分相近的铝合金焊丝，将所述铝合金薄板固定在焊接工装上，同时将两所述铝合金薄板进行压紧，且在两所述铝合金薄板的对接面之间预留并保持宽度不变的间隙；