[发明专利]基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法

说明书

本发明涉及一种基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法，属于材料焊接技术领域。以Fe/Al基高熵合金金属片为中间层材料，精确调节两并排激光束的功率比，使主光束光斑位于钢板侧，辅助光束光斑位于铝合金板侧。通过控制温度场分布，当高功率激光束的温度达到Fe/Al基高熵合金金属片与钢板的液相线温度以上，在钢板侧，形成熔化焊缝。在铝合金板侧，由于铝熔点较低形成钎焊焊缝。两束激光束的光斑之间预留一段距离，焊接结束后，高熵合金层中间未被激光辐射部分仍为固体状态，避免了Fe，Al元素的相互扩散，减少Fe‑Al金属间化合物的生成，从而改善焊件的抗拉强度。

技术领域

本发明涉及异种材料焊接技术领域，特别涉及一种铝合金板/钢板异种金属激光焊接方法，尤指一种基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法。应用于汽车、轨道车辆制造等领域。

背景技术

铝钢复合结构既兼具了铝合金低密度、良好的耐腐蚀性以及塑性加工性能，又兼具钢强度高、耐冲击性好等优点。异种合金的焊接结构，对于车辆轻量化、降低能源消耗与减少环境污染起到重要的意义。但由于铝合金与钢，这两种合金熔点、线膨胀系数、比热容、热导率、密度等物理性质以及化学性质相差较大，二者在焊接过程中会在焊缝中形成大量的脆性Fe-Al金属间化合物，如何避免过量金属间化合物的生成，是保证接头达到实际应用力学性能要求的关键。

轻量化要求铝、镁等轻质材料广泛应用于汽车车身中。但由于传统电阻点焊使用的铜电极，易与铝镁生成金属键化合物，降低电极的使用寿命。在轻质材料连接方面，电阻点焊应用受限。激光焊接由于焊接速度快、焊接效率高、焊接缺陷少，目前激光焊接技术已成为汽车制造中主要的焊接方法之一。但单光束激光在焊接过程中，能量集中、热影响区小、温度梯度较大。

随着科技的进步，新材料的不断涌现，高熵合金由五种或五种以上元素等原子比或近等原子比组成，高熵合金具有良好的塑形和韧性，一些性能远超于传统合金。具有多主元的高熵合金具有较高的高熵效应，因此原子间不易发生扩散，不易形成金属间化合物。高熵合金具有优异的力学性能，在未来具有十分广泛的应用前景。但是，到目前为止，高熵合金在激光焊接异种材料方面研究还很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明以高熵合金金属片为中间层，调节中间层的宽度以及焊接工艺参数，焊缝中高熵合金的高熵效应抑制了Fe-Al金属间化合物的生成，降低了接头的脆性，改善接头的力学性能。从而实现了铝合金与钢的有效焊接。

本发明以Fe/Al基高熵合金金属片为中间层，被焊工件可以是同种材料，钢、铝基合金、镍基合金、钛合金，也可以是异种材料，钢与铝合金、钛合金与铝合金、钢与镍基合金、钢与铜合金、镍合金与铝合金。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基于高熵合金中间层铝/钢异种金属双光束激光焊接方法，采用高熵合金金属片作为铝合金板2和钢板1异种金属焊接的中间层，在高熵合金金属片3与铝合金板2、钢板1界面上分别采用双光束激光焊，形成钢板1侧熔化焊缝和铝合金板2侧钎焊焊缝相结合的复合焊接接头；

所述高熵合金金属片为Al/Fe基高熵合金金属片，其宽度范围为0.3mm~2mm；焊接过程中，利用其高熵效应和缓慢扩散效应：高熵效应抑制焊缝中形成金属间化合物；缓慢扩散效应阻止母材中的元素向焊缝中大量扩散，进一步抑制金属间化合物的生成；