權(quán)利要求
1.用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于：針對鋼在上、鎂合金在下的典型電子器件搭接結(jié)構(gòu)，采用激光與電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)，對待焊鋼邊緣開一定角度全坡口，利用填充鎂合金焊絲、用或不用金屬夾層或金屬鍍層的方式，結(jié)合接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)激光束、焊絲和電弧的相對空間位置以及激光和電弧焊接工藝參數(shù)，對搭接接頭的余高、熔深、焊寬以及力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)控和改善，獲得具有低余高、窄焊寬、高強(qiáng)度的鎂合金/鋼搭接焊接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于具有如下步驟： S1、焊接前使用砂紙、酒精和丙酮將具有一定尺寸厚度的鎂合金和鋼待焊金屬表面的油雜物及氧化膜去除，對待焊鋼邊緣開一定角度全坡口，坡口角度為0°～75°； S2、對步驟S1處理完成的鎂合金和鋼板在焊接卡具上進(jìn)行固定裝卡，采用鋼在上、鎂合金在下的平板搭接結(jié)構(gòu)，設(shè)置搭接寬度，通過直接焊或者填充鎂合金焊絲、添加金屬夾層或金屬鍍層的焊接方式； S3、調(diào)節(jié)激光束、焊絲和電弧的相對空間位置以及激光和電弧的焊接工藝參數(shù)，包括但不局限于：激光功率、激光離焦量、電弧電流、鎢極高度、鎢極尖端與激光束的橫向距離和縱向距離、焊接速度、送絲速度、送絲角度、氣體流量，其中，激光束作用在鋼側(cè)坡口上，電弧和焊絲同軸作用在鎂合金側(cè)，激光與電弧采用不同軸焊接方式；對步驟S2裝卡完成的鎂合金/鋼搭接接頭進(jìn)行激光與電弧復(fù)合熱源焊接； S4、對步驟S3焊接完成的鎂合金/鋼搭接接頭，為防止焊后接頭變形，焊接卡具保持按壓狀態(tài)，直至接頭冷卻至室溫后卸載，完成鎂合金/鋼搭接焊接。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于，步驟S1所述鎂合金為鑄造鎂合金或變形鎂合金；鎂合金/鋼搭接結(jié)構(gòu)的焊接方式是點(diǎn)連接或者線連接方式。 4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于，步驟S1所述鋼為低強(qiáng)度鋼或高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼，鋼厚度≤3mm。 5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于，步驟S2所述搭接寬度為0～20mm。 6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于，步驟S2所述焊絲為AZ、AM、AS(Mg-Al-Si)、MR系鎂合金焊絲，焊絲直徑≤2.0mm。 7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于，步驟S2所述金屬夾層或金屬鍍層為Cu、Zn、Sn、Al、Ni、Cu-Sn、Cu-Zn、Cu-Ni，鍍層方式為電鍍、化學(xué)鍍和真空鍍；金屬夾層或金屬鍍層厚度≤0.5mm。 8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于，步驟S3所述焊接工藝參數(shù)范圍應(yīng)滿足： 激光作用于坡口，激光距離鋼側(cè)坡口底部的水平距離為0～3mm；激光功率為0～2000W；激光離焦量為0～±10mm；電弧和焊絲同軸作用在鎂側(cè)，電弧電流為40～200A；鎢極高度為0.5～3.0mm；鎢極尖端與激光束沿焊接方向的水平距離為0～3.0mm；鎢極尖端與激光束垂直于焊接方向的橫向距離為0～3.0mm；焊接速度為100～2000mm/min；送絲速度為500～5000mm/min；送絲角度為10°～75°；氣體流量為10～20L/min。 9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于，步驟S3中激光熱源選用固體激光、氣體激光或半導(dǎo)體激光，激光作用方式為脈沖、連續(xù)、脈沖振蕩和連續(xù)振蕩模式。 10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法，其特征在于，步驟S3中電弧熱源選用非熔化極氣體保護(hù)焊、熔化極氣體保護(hù)焊。
說明書
鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件結(jié)構(gòu)搭接焊方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域，特別地是適用一種鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法。
背景技術(shù)
鎂合金作為最輕的金屬工程結(jié)構(gòu)材料，密度僅為鋁的2/3，鋼的1/4。鎂合金具有比強(qiáng)度高、加工切削性能好、散熱性能好、抗沖擊載荷性能好、電磁屏蔽性和抗輻射性能好等特點(diǎn)，是理想的電子元器件制造金屬材料。電子行業(yè)中，鎂合金主要用于制造產(chǎn)品外觀部件和散熱部件，以達(dá)到輕量化和散熱的效果。鎂合金的大量應(yīng)用必然涉及到與他零部件的連接需求，例如筆記本電腦產(chǎn)品中，不銹鋼鍵盤托與鎂合金鍵盤框的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及碳素工具鋼的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸與鎂合金底座的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，上述設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上屬于鋼在上、鎂合金在下的鎂合金/鋼搭接結(jié)構(gòu)焊接問題。然而，電子產(chǎn)品要求鎂合金/鋼焊接接頭需確保鎂合金背部外觀完整，且產(chǎn)品接頭尺寸小、成形精度高，上述鎂合金/鋼新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)對焊接技術(shù)提出了新挑戰(zhàn)。
現(xiàn)有的文獻(xiàn)表明，鎂合金/鋼的對接焊接已取得巨大突破，利用改變熱源作用位置和添加夾層的方式，接頭拉伸強(qiáng)度可達(dá)鎂合金基體拉伸強(qiáng)度的95％以上(CN103551759A，CN108188582B)。而關(guān)于鋼在上、鎂合金在下的鎂合金/鋼搭接連接研究極少，主要存在以下亟需解決的問題：鋼在上的鋼/鎂合金焊接必須進(jìn)行填絲處理，而Mg-Fe之間為難固溶不反應(yīng)體系，焊絲難以潤濕鋪展；鋼側(cè)側(cè)壁與焊絲之間冶金結(jié)合弱，側(cè)壁成為失效源，接頭強(qiáng)度低；很難保證不破壞鎂合金背部完整的同時，還要實(shí)現(xiàn)小尺寸高成形精度和高結(jié)合強(qiáng)度焊接。而現(xiàn)有的工藝存在諸多局限性，很難同時滿足或解決上述問題。
因此，鋼在上、鎂合金在下的鎂合金/鋼焊接結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)和制備迫切需要開發(fā)出先進(jìn)的焊接技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
面向電子器件產(chǎn)品對鎂合金/鋼搭接接頭設(shè)計(jì)與制備需求，針對鎂合金/鋼搭接焊存在的焊絲難潤濕鋪展、鋼側(cè)壁與焊絲之間冶金結(jié)合弱、接頭強(qiáng)度低，以及確保不破壞鎂合金背部完整的同時，還要實(shí)現(xiàn)小尺寸高成形精度和高結(jié)合強(qiáng)度焊接等挑戰(zhàn)，本發(fā)明提供一種用于鎂合金/鋼異質(zhì)金屬電子器件的搭接焊方法。首先利用激光與電弧復(fù)合焊接技術(shù)，采用鋼在上、鎂在下的焊接結(jié)構(gòu)，通過鋼側(cè)開一定角度的全坡口，利用填充鎂合金焊絲、用或不用金屬夾層或金屬鍍層的方式，其次通過調(diào)節(jié)激光束、焊絲和電弧的相對空間位置、以及激光和電弧等焊接工藝參數(shù)，使激光束作用在鋼側(cè)坡口，而電弧和焊絲同軸作用在鎂合金側(cè)，一方面保證鎂合金背部外觀完整，另一方面對接頭的余高、熔深、焊寬，以及力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)控和改善，最后獲得具有鎂合金背部完整、低余高、窄焊寬和高強(qiáng)度的鋼/鎂合金搭接接頭。本發(fā)明通過鋼側(cè)開一定角度的全坡口，可徹底解決焊絲難鋪展，消除鋼側(cè)壁冶金結(jié)合弱的問題。且激光束直接作用于鋼側(cè)坡口，坡口產(chǎn)生高冶金反應(yīng)溫度的強(qiáng)韌相強(qiáng)化接頭。而電弧和焊絲同軸作用于鎂側(cè)，控制激光與電弧的橫向距離(錯位量)、焊接速度和送絲速度，同時在激光對電弧放電位置的誘導(dǎo)以及電弧力對焊絲熔滴過渡的影響下，保證了鎂合金背部完整和實(shí)現(xiàn)了小尺寸高成形精度和高結(jié)合強(qiáng)度焊接，焊后接頭抗拉載荷可達(dá)1173.6N。
本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：
針對鋼在上、鎂合金在下的典型電子器件搭接結(jié)構(gòu)，采用激光與電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)，利用填充鎂合金焊絲、用或不用金屬夾層或金屬鍍層的方式，結(jié)合接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)激光束、焊絲和電弧的相對空間位置以及激光和電弧等焊接工藝參數(shù)，精確地對搭接接頭的余高、熔深、焊寬以及力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)控和改善，并確保鎂合金背部完整美觀，可獲得具有低余高、窄焊寬、高強(qiáng)度的鎂合金/鋼搭接焊接頭。其步驟如下：
S1、焊接前使用砂紙、酒精和丙酮將具有一定尺寸厚度的鎂合金和鋼待焊金屬表面的油雜物及氧化膜去除，對待焊鋼邊緣開一定角度全坡口；
S2、對步驟S1處理完成的鎂合金和鋼板在自制的焊接卡具上進(jìn)行固定裝卡，采用鋼在上、鎂合金在下的平板搭接結(jié)構(gòu)，設(shè)置搭接寬度，通過直接焊或者填充鎂合金焊絲、添加金屬夾層或金屬鍍層等焊接方式；
S3、調(diào)節(jié)激光束、焊絲和電弧的相對空間位置以及激光和電弧的焊接工藝參數(shù)(包括：激光功率、激光離焦量、電弧電流、鎢極高度、鎢極尖端與激光束的橫向距離和縱向距離、焊接速度、送絲速度、送絲角度、氣體流量等)，其中，激光束作用在鋼側(cè)坡口上，電弧和焊絲同軸作用在鎂合金側(cè)，激光與電弧采用不同軸(調(diào)整兩者橫向距離即錯位量)焊接方式；對步驟S2裝卡完成的鎂合金/鋼搭接接頭進(jìn)行激光與電弧復(fù)合熱源焊接。
S4、對步驟S3焊接完成的鎂合金/鋼搭接接頭，為防止焊后接頭變形，焊接卡具保持按壓狀態(tài)，直至接頭冷卻至室溫后卸載，完成鎂合金/鋼搭接焊接。
進(jìn)一步地，步驟S1所述鎂合金可選為鑄造鎂合金或變形鎂合金。
進(jìn)一步地，步驟S1所述鎂合金/鋼搭接結(jié)構(gòu)的焊接方式可以是點(diǎn)連接或者線連接方式。
進(jìn)一步地，步驟S1所述鋼可選為低強(qiáng)度鋼(<500MPa)或高強(qiáng)度鋼(500MPa～1000MPa)或超高強(qiáng)度鋼(>1000MPa)，鋼厚度≤3mm。
進(jìn)一步地，步驟S1所述坡口角度可選為0°～75°。
進(jìn)一步地，步驟S2所述搭接寬度為0～20mm。
進(jìn)一步地，步驟S2所述焊絲可選為AZ(Mg-Al-Zn)、AM(Mg-Al-Mn)、AS(Mg-Al-Si)、MR(Mg-Re)系鎂合金焊絲，焊絲直徑≤2.0mm。
進(jìn)一步地，步驟S2所述金屬夾層或金屬鍍層可選為Cu、Zn、Sn、Al、Ni、Cu-Sn、Cu-Zn、Cu-Ni。鍍層方式可以電鍍、化學(xué)鍍和真空鍍。金屬夾層或金屬鍍層厚度≤0.5mm。
進(jìn)一步地，步驟S3所述焊接工藝參數(shù)范圍應(yīng)滿足：
激光作用于坡口，激光距離鋼側(cè)坡口底部的水平距離可選為0～3mm；激光功率可選為0～2000W；激光離焦量可選為0～±10mm；電弧和焊絲同軸作用在鎂側(cè)，電弧電流可選為40～200A；鎢極高度可選為0.5～3.0mm；鎢極尖端與激光束沿焊接方向的水平距離(Dla)可選為0～3.0mm；鎢極尖端與激光束垂直于焊接方向的橫向距離(錯位量)可選為0～3.0mm；焊接速度可選為100～2000mm/min；送絲速度可選為500～5000mm/min；送絲角度可選為10°～75°；氣體流量可選為10～20L/min。
進(jìn)一步地，步驟S3所述的激光熱源，可選用固體激光、氣體激光或半導(dǎo)體激光，激光作用方式可為脈沖、連續(xù)、脈沖振蕩和連續(xù)振蕩模式。
進(jìn)一步地，步驟S3所述的電弧熱源可選用非熔化極氣體保護(hù)焊(TIG/TAG)、熔化極氣體保護(hù)焊(MIG/MAG)。
較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)激光與電弧熱源的能量分配，即激光與電弧可實(shí)現(xiàn)不同軸焊接(錯位量)，使激光束作用在鋼側(cè)坡口，而電弧和焊絲同軸作用在鎂側(cè)；
2、本發(fā)明創(chuàng)新地在鎂合金/鋼搭接接頭鋼側(cè)邊緣開一定角度全坡口，可徹底解決焊絲難鋪展和鋼側(cè)壁冶金結(jié)合弱成為失效源的問題；
3、本發(fā)明由于激光束作用在鋼側(cè)坡口，坡口表面發(fā)生局部熔化，與熔化的鎂合金焊絲接觸，在界面處形成高冶金反應(yīng)溫度的強(qiáng)韌相，強(qiáng)化接頭力學(xué)性能。
4、本發(fā)明電弧和焊絲同軸作用于鎂側(cè)，通過控制錯位量、焊接速度和送絲速度，同時在激光對電弧放電位置的誘導(dǎo)以及電弧力對焊絲熔滴過渡的影響下，保證了鎂合金背部完整和實(shí)現(xiàn)了小尺寸高成形精度和高結(jié)合強(qiáng)度焊接。
綜上，本發(fā)明一是以鋼在上、鎂在下的鎂合金/鋼搭接接頭為對象，通過在鋼側(cè)邊緣開一定角度的全坡口，解決由于Mg-Fe難固溶不反應(yīng)導(dǎo)致的鎂合金焊絲在鋼上難鋪展，以及鋼側(cè)壁冶金結(jié)合弱成為失效源的問題。二是利用激光與電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)，進(jìn)行能量分配，利用高能量密度的激光束直接作用于鋼側(cè)坡口，坡口在激光作用下發(fā)生局部熔化，與熔化的鎂合金焊絲之間形成高冶金反應(yīng)溫度界面，產(chǎn)生高溫強(qiáng)韌相來進(jìn)行連接。而電弧與焊絲同軸作用在鎂側(cè)，電弧放電位置受激光誘導(dǎo)向坡口發(fā)生偏轉(zhuǎn)，具體放電位置受錯位量大小控制，電弧放電位置的轉(zhuǎn)移是保證鎂合金背部完整的關(guān)鍵條件。而焊絲熔滴過渡過程受電弧力和重力的合力影響同樣向坡口發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而均勻鋪展在鋼坡口和鎂合金基體之間。焊絲鋪展的位置同樣受錯位量大小控制。最后通過控制坡口角度、激光距坡口底部的水平距離、錯位量、電弧電流、焊接速度和送絲速度等，即可對接頭余高、焊寬和力學(xué)性能進(jìn)行精確調(diào)控和改善，獲得具有鎂合金背部完整、低余高、窄焊寬和高強(qiáng)度的鋼/鎂合金搭接接頭。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法中搭接填絲焊的焊接示意圖。
圖2為本發(fā)明鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法中SK7碳素工具鋼/AZ31B鎂合金不同坡口角度下獲得的接頭宏觀形貌和橫截面形貌。
圖3為本發(fā)明鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法中SK7碳素工具鋼/AZ31B鎂合金不同坡口角度下獲得的接頭抗拉強(qiáng)度測試結(jié)果。
圖4為本發(fā)明鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法中SK7碳素工具鋼/AZ31B鎂合金45度坡口，不同錯位量下獲得的接頭宏觀形貌和橫截面形貌。
圖5為本發(fā)明鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法中SK7碳素工具鋼/AZ31B鎂合金45度坡口，不同錯位量下獲得的接頭抗拉強(qiáng)度測試結(jié)果。
圖6為本發(fā)明鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法中SK7碳素工具鋼/AZ31B鎂合金界面元素面能譜分析結(jié)果。
圖7為本發(fā)明鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法中45度坡口，不同錯位量下激光與電弧放電位置關(guān)系高速攝像捕捉圖。
圖8為本發(fā)明鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件搭接焊方法中SK7碳素工具鋼/AZ31B鎂合金接頭45度坡口，不同錯位量下激光與電弧位置關(guān)系示意圖。
圖中：1、鋼板；2、鎂合金板；3、墊塊；4、激光束；5、電弧焊槍；6、焊絲；7、保護(hù)氣體；8、激光向鋼側(cè)偏移量；9、激光與電弧橫向距離；10、激光與電弧縱向距離；11、鎢極尖端距離鋼表面高度。
具體實(shí)施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對至少一個示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件結(jié)構(gòu)搭接焊方法，具體包括如下步驟：
首先，焊接前使用砂紙、酒精和丙酮將具有一定尺寸厚度的鋼和鎂合金待焊金屬表面的油雜物及氧化膜去除，對待焊鋼邊緣開一定角度全坡口，坡口角度滿足0°～75°，如45°全坡口。
對處理完成的鎂合金和鋼板在自制的焊接卡具上進(jìn)行固定裝卡，采用鋼板1在上，鎂合金板2在下，墊塊3在鋼板1的下方的平板搭接結(jié)構(gòu)，設(shè)置搭接寬度0～20mm，采用填鎂合金焊絲、用或不用添金屬夾層或金屬鍍層的方式；
所填焊絲可選為AZ(Mg-Al-Zn)、AM(Mg-Al-Mn)、AS(Mg-Al-Si)、MR(Mg-Re)系鎂合金焊絲，焊絲直徑≤2.0mm。
所選金屬夾層或金屬鍍層可選為Cu、Zn、Sn、Al、Ni、Cu-Sn、Cu-Zn、Cu-Ni。鍍層方式可以電鍍、化學(xué)鍍和真空鍍。金屬夾層或金屬鍍層厚度≤0.5mm。
調(diào)節(jié)激光束4、焊絲6和電弧焊槍5的相對空間位置、以及激光和電弧的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，激光向鋼側(cè)偏移量8、激光與電弧橫向距離9、激光與電弧縱向距離10、鎢極尖端距離鋼表面高度11等參數(shù)應(yīng)滿足：
激光作用于坡口，激光距離鋼側(cè)坡口底部的水平距離可選為0～3mm；激光功率可選為0～2000W；激光離焦量可選為0～±10mm；電弧和焊絲同軸作用在鎂側(cè)，電弧電流可選為40～200A；鎢極高度可選為0.5～3.0mm；鎢極尖端與激光束沿焊接方向的水平距離(Dla)可選為0～3.0mm；鎢極尖端與激光束垂直于焊接方向的水平距離(錯位量)可選為0～3.0mm；焊接速度可選為100～2000mm/min；送絲速度可選為500～5000mm/min；送絲角度可選為10°～75°；氣體流量可選為10～20L/min。
對裝卡完成和參數(shù)設(shè)置完成的鋼在上的鋼/鎂合金搭接接頭進(jìn)行激光-電弧復(fù)合熱源焊接(如圖1)，所述激光，可選用固體激光、氣體激光或半導(dǎo)體激光，激光作用方式可為脈沖、連續(xù)、脈沖振蕩和連續(xù)振蕩模式。所述電弧可選用非熔化極氣體保護(hù)焊(TIG/TAG)、熔化極氣體保護(hù)焊(MIG/MAG)，保護(hù)氣體7的進(jìn)入如圖1所示。
對焊接完成的鎂合金/鋼搭接接頭，為防止焊后接頭變形，焊接卡具保持按壓狀態(tài)，直至接頭冷卻至室溫后卸載，完成鋼在上的鋼/鎂合金搭接焊接(如圖2和圖4)。
圖2為SK7碳素工具鋼和AZ31B鎂合金板不同鋼坡口角度下獲得的接頭，其中激光在鋼側(cè)的偏移量為1mm，電弧和焊絲作用在鎂側(cè)且與激光錯位量為1.5mm，焊接速度為600mm/min，送絲速度為1500mm/min。結(jié)果表明，是否有坡口，以及坡口角度對焊絲潤濕鋪展和接頭力學(xué)性能有重要影響。坡口角度為0°時，鋼頂部幾乎沒有余高，熔化的焊絲聚集在鎂側(cè)，鎂合金背部不平整出現(xiàn)背部余高。隨著坡口角度的增加，鎂側(cè)背部余高消失，焊絲潤濕鋪展改善，焊寬增加。坡口角度為0°時，接頭載荷為621.5N，而坡口角度為45°和75°時，接頭載荷相近，分別為1173.6N和1168.3N，如圖3所示。
圖4為SK7碳素工具鋼和AZ31B鎂合金板不同錯位量下獲得的接頭，其中鋼側(cè)坡口角度為45°，激光在鋼側(cè)的偏移量為1mm，焊接速度為600mm/min，送絲速度為1500mm/min。結(jié)果表明，坡口角度一定時，激光與電弧的錯位量對電弧的誘導(dǎo)放電位置和焊絲的鋪展位置有重要影響。錯位量為0mm時，焊絲完全鋪展在坡口，與鎂合金無連接，如圖5所示。隨著錯位量增加，焊絲逐漸向鎂側(cè)鋪展進(jìn)而形成連接。當(dāng)錯位量為1.5mm時，焊絲在鋼側(cè)和鎂側(cè)均勻鋪展，接頭載荷最高達(dá)1168.3N，如圖5所示。而錯位量為2.0mm時，焊絲呈“S”型鋪展，鎂合金背部不平整產(chǎn)生背部余高。
實(shí)施例1 1.2mm厚SK7碳素工具鋼板材和1.5mm厚AZ31B鎂合金小功率脈沖固體激光-TIG電弧復(fù)合搭接填A(yù)Z61鎂合金焊絲無坡口焊實(shí)例
選用最大功率為1kW的Nd：YAG脈沖固體激光器作為激光熱源，選用最大電流為500A的交流非熔化極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)作為電弧熱源，采用鋼在上的鋼/鎂合金平板搭接結(jié)構(gòu)，搭接寬度為10mm，鋼側(cè)壁不開坡口。使用直徑為1.6mm的AZ61鎂合金焊絲作為填充金屬。設(shè)置激光功率為120W(脈沖電流：78A，脈沖寬度：2.6ms，脈沖頻率：20Hz)，激光作用在坡口上，距坡口底部的水平距離為1mm，激光離焦量0mm，TIG電流70A，電弧和鎂合金焊絲向作用在鎂側(cè)，鎢極尖端距鎂合金上表面高度1.5mm，鎢極尖端與激光束沿焊接方向的水平距離為1.5mm，鎢極尖端與激光束沿垂直于焊接方向的水平距離為1.5mm，焊接速度600mm/min，送絲速度為1500mm/min，不添金屬夾層或金屬鍍層處理，選擇純度為99.99％的氬氣(Ar)惰性氣體作為焊接保護(hù)氣，調(diào)節(jié)氣體流量為15mm/min。
如圖3所示，焊后接頭拉伸載荷為621.5N，斷裂起源于應(yīng)力集中的鋼邊緣并垂直沿Fe/Mg界面斷裂。
實(shí)施例2 1.2mm厚SK7碳素工具鋼板材和1.5mm厚AZ31B鎂合金小功率脈沖固體激光-TIG電弧復(fù)合搭接填A(yù)Z61鎂合金焊絲開30°坡口焊實(shí)例
選用最大功率為1kW的Nd：YAG脈沖固體激光器作為激光熱源，選用最大電流為500A的交流非熔化極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)作為電弧熱源，采用鋼在上的鋼/鎂合金平板搭接結(jié)構(gòu)，搭接寬度為10mm，鋼側(cè)壁開30°全坡口。使用直徑為1.6mm的AZ61鎂合金焊絲作為填充金屬。設(shè)置激光功率為120W(脈沖電流：78A，脈沖寬度：2.6ms，脈沖頻率：20Hz)，激光作用在坡口上，距坡口底部的水平距離為1mm，激光離焦量0mm，TIG電流70A，電弧和鎂合金焊絲向作用在鎂側(cè)，鎢極尖端距鎂合金上表面高度1.5mm，鎢極尖端與激光束沿焊接方向的水平距離為1.5mm，鎢極尖端與激光束沿垂直于焊接方向的水平距離為1.5mm，焊接速度為600mm/min，送絲速度為1500mm/min，不添金屬夾層或金屬鍍層處理，選擇純度為99.99％的氬氣(Ar)惰性氣體作為焊接保護(hù)氣，調(diào)節(jié)氣體流量為15mm/min。
如圖3所示，焊后接頭拉伸載荷為1173.6N，斷裂起源于應(yīng)力集中坡口底部并向焊縫中心斷裂。Fe/Mg界面掃描電子顯微鏡面元素能譜分析如圖6所示，界面存在Al元素的偏析聚集，界面層為Al-Fe金屬間化合物。這是由于低沸點(diǎn)的Mg元素蒸發(fā)造成的，高沸點(diǎn)的Al元素在界面處偏析聚集并與鋼中的Fe元素發(fā)生冶金反應(yīng)生成Al-Fe金屬間化合物強(qiáng)化界面，接頭性能提升。實(shí)施例3 1.2mm厚SK7碳素工具鋼板材和1.5mm厚AZ31B鎂合金小功率脈沖固體激光-TIG電弧復(fù)合搭接填A(yù)Z61鎂合金焊絲開45°坡口不同錯位量焊實(shí)例
選用最大功率為1kW的Nd：YAG脈沖固體激光器和最大電流為500A的交流非熔化極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)作為熱源，采用鋼在上的鋼/鎂合金平板搭接結(jié)構(gòu)，搭接寬度為10mm，鋼側(cè)壁開45°全坡口。使用直徑為1.6mm的AZ61鎂合金焊絲作為填充金屬。設(shè)置激光功率為120W(脈沖電流：78A，脈沖寬度：2.6ms，脈沖頻率：20Hz)，激光作用在坡口上，距坡口底部的水平距離為1mm，激光離焦量0mm，TIG電流70A，電弧和鎂合金焊絲向作用在鎂側(cè)，鎢極尖端距鎂合金上表面高度1.5mm，鎢極尖端與激光束沿焊接方向的水平距離為1.5mm，鎢極尖端與激光束沿垂直于焊接方向的錯位量為0～2.0mm，焊接速度為600mm/min，送絲速度為1500mm/min，選擇純度為99.99％的氬氣(Ar)惰性氣體作為焊接保護(hù)氣，調(diào)節(jié)氣體流量為15mm/min。
如圖4和圖5所示，不同錯位量下焊絲的鋪展位置不同，錯位量1.5mm時接頭載荷最高。錯位量影響激光對電弧的誘導(dǎo)放電位置，電弧放電位置影響焊絲的鋪展位置，如圖7所示。上述實(shí)驗(yàn)條件下，錯位量≤1.5mm，激光對電弧均有誘導(dǎo)放電作用，而錯位量為2.0mm時，激光對電弧誘導(dǎo)放電減弱，存在兩處放電位置。電弧往往更傾向于最短距離放電，根據(jù)如圖8所示的不同錯位量下激光-電弧的相對位置示意圖也可以直觀看出，錯位量2.0mm時存在兩處相近的最短距離，如圖中加粗?jǐn)?shù)字所示。
最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
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鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件結(jié)構(gòu)搭接焊方法.pdf
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“鎂/鋼異質(zhì)金屬電子器件結(jié)構(gòu)搭接焊方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：大連理工大學(xué)
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