[发明专利]一种钛与铝的超威弧MIG+激光双面复合高速焊接方法

说明书

本发明公开了一种钛与铝的超威弧MIG+激光双面复合高速焊接方法。本发明焊前用角磨机在钛板侧边开V型坡口，然后清除钛板、铝板及焊丝表面的油污和氧化膜，使待焊表面光洁、干燥并且无杂质；用工装夹具将钛板与铝板对接固定，进行双面复合高速焊接；焊接结束后，被焊工件在自然条件下冷却至室温；冷却后，打开工装夹具，取下工件。本发明用自动送丝的超威弧MIG焊正面施焊，同步用激光焊背面施焊，目的是提高焊接效率，降低工件厚度方向的组织性能差异，获得力学性能优良的钛/铝焊接接头。

技术领域

本发明涉及一种异种金属的高速、高效焊接方法，具体涉及一种钛与铝的超威弧MIG+激光双面复合高速焊接方法，属于金属材料的复合焊接技术领域。

背景技术

钛与铝均属于轻质、高强度耐腐蚀金属材料，大量应用在航空航天及高档汽车工业中，钛/铝轻量化焊接结构具有广泛的应用前景。但由于钛与铝的冶金不相溶性和脆性金属间化合物问题，采用传统熔焊技术进行钛与铝的焊接很困难。人们尝试用搅拌摩擦焊、激光焊等将钛与铝焊接在一起，获得了力学性能较佳的接头，但面临着对焊接设备要求高、焊接结构单一等问题。

在航空航天和高档汽车工业中，钛/铝复合结构可替代传统的钢结构，提高军/民用飞机、高档汽车等现代化交通工具的推重比，对运载设备轻量化、节能减排等有重大的实际意义。实现钛/铝复合结构的可靠焊接，会大大推动钛与铝轻量化复合结构在飞机、高档汽车等交通工具制造等领域的应用。

近年来，熔钎焊工艺被用于钛与铝的焊接，经过系统的研究，发现钛与铝熔钎焊面临着工件厚方向组织性能不均匀的关键问题。部分研究人员尝试用激光穿透焊进行钛与铝的熔钎焊，但这要求必须使用大功率激光进行高速焊接，对设备要求高。

发明内容

针对目前钛与铝熔钎焊技术的不足，为了降低设备要求，本发明提供一种采用正面超威弧MIG+背面低功率激光的双面复合焊接进行钛与铝的薄板对接熔钎焊。超威弧MIG焊技术的特点是运用精细波形控制技术强制降低弧压来减少弧长，获得一种能量集中、方向性强的焊接电弧，实现了熔滴的短弧喷射过渡，可以进行薄板的高速焊接；利用本发明的方法可以实现钛与铝板的可靠焊接，形成的焊接接头质量稳定、力学性能较高，以满足轻量化工程结构对钛/铝焊接的需求。

本发明采用正面超威弧MIG+背面低功率激光双面复合焊进行钛与铝的薄板对接熔钎焊，具有以下特点：（1）双侧焊接热源均可实现高速焊接、提高焊接效率；（2）低功率激光背面同步焊接，不仅降低了设备要求，还能促进液态金属润湿铺展，改善背面焊缝成形；（3）利用双面热源的协同和耦合效应，灵活地调控焊缝成形和Ti/Al界面组织性能；（4）双面加热利于降低焊接热输入，减少脆性金属间化合物的生成，降低焊接应力。具备上述特点的复合焊工艺，恰恰能降低钛与铝焊接时板厚方向组织性能的差异，提高焊接接头的力学性能。

本发明提供了一种钛与铝的超威弧MIG+激光双面复合高速焊接方法，用自动送丝的超威弧MIG焊正面施焊，同步用激光焊背面施焊，目的是提高焊接效率，降低工件厚度方向的组织性能差异，获得力学性能优良的钛/铝焊接接头。

本发明提供的一种钛与铝的超威弧MIG+激光双面复合高速焊接方法，具体包括以下步骤：

1）焊前用角磨机在钛板侧边开V型坡口，然后清除钛板、铝板及焊丝表面的油污和氧化膜，使待焊表面光洁、干燥并且无杂质；

2）用工装夹具将钛板与铝板对接固定，进行双面复合高速焊接；焊接工艺参数为：超威弧MIG焊用直径1.2 mm的ER5183焊丝，焊丝向铝侧偏移0.6mm，焊丝伸出长度10~12mm，送丝速率为10~11.5m/min；超威弧MIG焊焊接线能量1.1 ~ 1.25 kJ/cm；激光光斑直径2mm，光束向铝侧偏移0.5mm，离焦量为0mm；激光焊焊接线能量0.13 ~ 0.17 kJ/cm；焊缝正、背双面用惰性气体保护；

3）焊接结束后，被焊工件在自然条件下冷却至室温；冷却后，打开工装夹具，取下工件。