一種等厚鋁合金拼焊板的激光焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種等厚鋁合金拼焊板的激光焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)汽車零部件對材料性能的不同要求，將幾塊不同或是相同材質(zhì)、相同厚度或是不同厚度的板材通過焊接構(gòu)成等厚拼焊板或是不等厚拼焊板，再經(jīng)過沖壓等工序?qū)⒌群衿春赴寤蚴遣坏群衿春赴逯苽涑上鄳?yīng)的汽車零部件。
[0003]由于等厚拼焊板具有減少汽車零部件生產(chǎn)流程、實現(xiàn)零部件減重、實現(xiàn)材料性能的優(yōu)化配置等特點，因此等厚鋼拼焊板已經(jīng)在汽車工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，同時隨著全球?qū)?jié)能減排的需求增大，汽車輕量化使得等厚鋁合金拼焊板也成為重要的發(fā)展方向。
[0004]目前等厚鋼拼焊板多采用激光焊接的方式來生產(chǎn)，而等厚鋁合金拼焊板在激光焊接時存在以下問題:
1、鋁合金屬于典型的共晶合金，凝固收縮率大，容易產(chǎn)生熱裂紋；
2、鋁合金在液態(tài)時的吸氫能力強，而在凝固過程中其氫的溶解度急劇降低，大量氫氣析出，當(dāng)氫氣來不及溢出時就會在焊縫中形成大量的氣孔；
3、激光焊接過程中存在其元素?zé)龘p，容易造成焊縫強度下降。
[0005]熱裂紋、氣孔及元素?zé)龘p將造成焊縫弱化，也造成等厚鋁合金拼焊板的強度及延伸率降低，嚴重影響其成形質(zhì)量。
[0006]對等厚鋁合金拼焊板的成形質(zhì)量進行評價時，要求沿垂直焊縫方向進行拉伸時必須斷于母材而不能斷于焊縫處，等厚鋁合金拼焊板的埃里克森杯突值不低于母材的75%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決等厚鋁合金拼焊板存在的上述三點問題，本發(fā)明提供了一種等厚鋁合金拼焊板的激光焊接方法，通過該激光焊接方法獲得的等厚鋁合金拼焊板具有良好的成形質(zhì)量，垂直焊縫方向進行拉伸時斷于母材而不斷于焊縫處，有效解決了激光焊接時焊縫弱化問題，等厚鋁合金拼焊板的埃里克森杯突值不低于母材的85%。
[0008]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種等厚鋁合金拼焊板的激光焊接方法，等厚鋁合金拼焊板采用5XXX系鋁合金0態(tài)板材，激光焊接使用到激光器，激光焊接方法包括兩次清洗過程、前期檢查過程、夾角和垂直距離控制過程、焊接前控制過程及單面焊或是雙面焊控制過程，各過程分述如下:
兩塊等厚5XXX系鋁合金0態(tài)板材的厚度均控制在0.5?5mm ;
①兩次清洗過程:先對兩塊5XXX系鋁合金0態(tài)板材的表面油污采用30°C以上的弱堿性鋁材脫脂劑進行清洗，之后再用清水清洗干凈以完成第一次清洗過程；采用質(zhì)量百分濃度0.5%以上且溫度在30°C以上的酸溶液對兩塊5XXX系鋁合金0態(tài)板材進行表面清洗，清洗時間控制在0.1?lOmin以去除其表面氧化膜，之后再用清水清洗干凈以完成第二次清洗過程，最后對兩塊5XXX系鋁合金0態(tài)板材進行烘干，烘干溫度不能高于100°C ;
上述酸溶液或是硝酸溶液，或是磷酸溶液，或是草酸，或是乙酸；
②前期檢查過程:分別檢查兩塊5XXX系鋁合金0態(tài)板材的對接面粗糙度Ra，要求Ra彡50 μ m，兩塊5XXX系鋁合金0態(tài)板材的對接間隙和錯邊量均彡0.1mm，所述對接間隙就是對接縫的寬度；
③夾角和垂直距離控制過程:將5XXX系鋁合金0態(tài)板材表面的垂直方向定義為法線方向，激光器產(chǎn)生的激光束與所述法線方向的夾角< 15° ;采用正離焦方式即所述激光束的焦點距激光入射側(cè)的5XXX系鋁合金0態(tài)板材表面的垂直距離控制在0?50mm ;
④焊接前控制過程:激光焊接前采用點焊法或短距離縫焊法來確定所述激光束的入射位置；
采用點焊法確定所述激光束的入射位置時，所述激光束照射到兩塊5XXX系鋁合金0態(tài)板材的對接縫處形成焊點，所述對接縫的中心線至所述焊點邊緣的最大垂直距離是所述焊點直徑的1/2?2/3 ;
采用短距離縫焊法確定所述激光束的入射位置時，所述激光束照射到兩塊5XXX系鋁合金0態(tài)板材的所述對接縫處形成短焊縫，所述對接縫的中心線至所述短焊縫邊緣的最大垂直距離為所述短焊縫寬度的1/2?2/3 ;
⑤單面焊或是雙面焊控制過程:采用點焊法或短距離縫焊法確定所述激光束的入射位置后，沿所述對接縫處實施單面焊或是雙面焊，所述單面焊或是所述雙面焊時的焊接參數(shù)如下:
激光功率控制在0.5?5KW，激光焊接速度控制在1?30m/min，激光焊接線能量控制在5?50 J/mm，保護氣體米用氬氣或是氦氣，或是米用氬氣和氦氣的混合氣，所述混合氣的體積比是:氬氣:氦氣=[1?9]: [9?1]，保護氣體的流量控制在5?40L/min，環(huán)境濕度< 70%RH ;所述單面焊時其焊縫背寬比不低于0.4 ;所述雙面焊時或采用單束激光先焊好一面再焊其另一面，或采用兩束單束激光同時焊接兩面，兩束單束激光在所述對接縫處的光斑中心沿焊接方向相距不低于兩面焊縫寬度平均值的2倍；所述雙面焊時其兩面焊縫的最大重疊深度是5XXX系鋁合金0態(tài)板材厚度的15?50%而重疊區(qū)的最大寬度不低于兩面焊縫寬度平均值的40% ;
采用X射線對焊縫進行氣孔檢測，氣孔最大尺寸不超過5XXX系鋁合金0態(tài)板材厚度的
0.3倍且不大于400 μ m而氣孔率不超過2% ；
上述⑤完成后，對獲得的等厚鋁合金拼焊板進行焊縫氣孔最大尺寸及氣孔率、焊縫顯微硬度、單面焊時其焊縫背寬比、雙面焊時其兩面焊縫的最大重疊深度及重疊區(qū)的最大寬度、拉伸性能、埃里克森杯突值的檢測，要求如下:
焊縫氣孔的最大尺寸不超過5XXX系鋁合金0態(tài)板材厚度的0.3倍且不大于400 μ m，氣孔率不超過2% ;焊縫顯微硬度不低于母材的1.05倍；單面焊時的所述焊縫背寬比不低于
0.4 ;雙面焊時其兩面焊縫的最大重疊深度是5XXX系鋁合金0態(tài)板材厚度的15?50%，而其重疊區(qū)的最大寬度不低于兩面焊縫寬度平均值的40% ;垂直焊縫方向拉伸時斷于母材，延伸率不低于母材的90%，埃里克森杯突值不低于母材的85%。
[0009]由于采用如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生如下效果:
1)嚴格控制5XXX系鋁合金0態(tài)板材的表面清洗，能最大限度地減少焊縫中的氣孔。
[0010]2)嚴格控制5XXX系鋁合金0態(tài)板材對接面的粗糙度以及對接間隙與錯邊量，再采用點焊法或短距離縫焊法，更直接、更有效地確定激光束的入射位置，保證同一焊接工藝條件下焊接效果的一致性、穩(wěn)定性。
[0011]3)單面焊接時嚴格控制背寬比，雙面焊接時嚴格控制兩面焊縫的最大重疊深度和重疊區(qū)的最大寬度，保證焊縫具有良好的質(zhì)量。
[0012]4)采用本發(fā)明的方法可以有效地消除焊接裂紋、克服焊縫氣孔和元素?zé)龘p的負面影響，獲得成形性良好的等厚鋁合金拼焊板，垂直焊縫拉伸時斷于母材，延伸率不低于母材的90% ;等厚鋁合金拼焊板的埃里克森杯突值不低于母材的85%。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明是一種等厚鋁合金拼焊板的激光焊接方法，等厚鋁合金拼焊板采用5XXX系鋁合金0態(tài)板材，兩塊5XXX系鋁合金0態(tài)板材的厚度均控制在0.5?5mm ;激光焊接使用到激光器；通過本發(fā)明所獲得的等厚鋁合金拼焊板具有良好的成形質(zhì)量，垂直焊縫方向進行拉伸時斷于母材而不斷于焊縫處，有效解決了激光焊接時焊縫弱化問題，等厚鋁合金拼焊板的埃里克森杯突值不低于母材的85%。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的所述技術(shù)方案，在兩次清洗過程中:
(1)5XXX系鋁合金0態(tài)板材的表面存在一層自然氧化膜，該氧化膜是由氧化鋁和氧化鎂組成的多孔組織，5XXX系鋁合金0態(tài)板材在生產(chǎn)和存放過程中會吸附油污及潮氣等，是激光焊接過程中氫的潛在來源，也是造成焊縫氣孔的重要原因，因此兩次清洗過程也是去除該氧化膜和表面油污等污染物的過程。