[发明专利]一种铝合金表面预置粉末的电磁辅助激光焊接方法

说明书

本发明涉及铝合金激光焊接技术领域，公开了一种铝合金表面预置粉末的电磁辅助激光焊接方法。所述方法是在铝合金平板对接接口处预置合金粉末，同时外加电磁场辅助激光焊接，旨在提高铝合金激光焊接质量。与现有技术相比，本发明改善了化学粘接法预置粉末易产生气孔缺陷的问题；同时基于磁流体动力学原理，外加电磁场改变熔池流动，对液态金属产生磁搅拌作用，细化晶粒，改善焊缝组织；在激光焊接过程中，横向磁场发生装置可在熔池处产生稳态磁场，与直流电源产生的电场耦合作用，熔池受到稳定的电磁力，有效防止焊缝下榻，提高接头的力学性能，从而提高航空用铝合金焊接结构件的可靠性。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种铝合金表面预置粉末的电磁辅助激光焊接方法。

背景技术

铝合金因其密度低、比强度高、耐蚀性好等优点，被广泛应用于汽车船舶、化学工业、航空航天等领域。基于铝合金导热率高、膨胀系数大等物理性能，因此工业中常常采用激光焊接的方式对铝合金结构进行焊接。激光焊接是将高密度能量集中于光斑上，因而具有能量集中、焊接效率高等优点。

然而，由于铝合金特殊的物理化学性能，通过激光焊接铝合金时，若焊接参数控制不当，易出现气孔、缩松、咬边等缺陷，严重影响焊接质量。尤其是对于大型复杂的焊接结构，构件结构、焊接工艺、施焊条件等对焊后构件的变形及残余应力分布有很大的影响。因此，亟需针对铝合金激光焊接方法作出改进。

将以单质元素或化合物制成的粉末引入焊接熔池，可显著改善焊缝组织，提高焊接接头力学性能，一般采用送粉和预置两种方式。其中，送粉式激光焊接不仅对粉末粒度、形状有着严格要求，而且易造成粉末浪费，相比之下预置粉末式激光焊接没有这些缺点。常用的粉末预置方法主要包括热喷涂法和化学粘结法。其中，化学粘接法虽有着更低的粉末损失量，但由于使用了各种粘结剂，尽管采取了如干燥等一些措施，但在激光焊接的过程中还是极易产生气孔等缺陷，同时粘结剂的加入对焊缝成分也会产生不同程度的不利影响。

针对上述问题，外加电磁场辅助激光焊接方法可显著改善预置粉末带来的气孔等缺陷，可有效提高激光的利用率，增大熔深；同时基于磁流体动力学原理，外加电磁场还能改变熔池流动，对液态金属产生磁搅拌作用，细化晶粒，改善焊缝组织；此外，在横向稳态磁场与直流电源产生的电场耦合作用下，熔池受到稳定的电磁力，有效防止焊缝下榻，提高接头的力学性能，从而实现航空用铝合金板材的高质量焊接。因此，本发明提出一种铝合金表面预置粉末的电磁辅助激光焊接方法。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种铝合金表面预置粉末的电磁辅助激光焊接方法，改进现有的铝合金激光焊接技术。本发明的方法可在极大提高生产效率的同时得到焊缝质量稳定的铝合金平板对接接头，得到的焊接接头具有较少的缺陷及良好的力学性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铝合金表面预置粉末的电磁辅助激光焊接方法，用于对工件进行焊接，包括如下步骤：

1)母材表面处理，即对铝合金母材表面进行毛化处理并用丙酮和无水乙醇清洗干净；

2)粉末处理，即将粉末置于压片模具中，在压力设备上压制成片状，并将其烘干；

3)将步骤2压制后的粉末片与工件相连接，然后将其置于激光焊接平台上；

4)调节磁场发生装置，使焊接起始位置处于稳态磁场中，磁场强度可通过磁场电源调节；开启直流电源施加电场，电压连续可调(0-220V)；

5)开启激光器，通过激光头输出连续激光，使母材与预置合金粉末熔化进入焊接熔池中；在焊接过程中同时开启保护气瓶，通过喷嘴对熔池进行保护。

进一步地，所述的母材表面处理包括表面清洁与毛化处理。

所述表面清洁要求去除母材对接接口区域的绝缘氧化皮；毛化方法包括喷砂毛化、切削加工毛化及特种加工毛化中的一种或几种。