一种不等厚铝合金拼焊板的激光焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝合金焊接技术领域，尤其是一种不等厚铝合金拼焊板的激光焊接方法。
【背景技术】
[0002]根据汽车零部件对材料性能的不同要求，将几块不同或是相同材质、不同厚度或是相同厚度的板材通过焊接构成不等厚拼焊板或是等厚拼焊板，再经过冲压等工序将不等厚拼焊板或是等厚拼焊板制备成相应的汽车零部件。
[0003]由于不等厚钢拼焊板具有减少汽车零部件生产流程、实现零部件减重、实现材料性能的优化配置等特点，因此不等厚钢拼焊板已经在汽车工业中得到了广泛应用，同时随着全球对节能减排的需求增大，汽车轻量化使得不等厚铝合金拼焊板也成为重要的发展方向。
[0004]目前不等厚钢拼焊板多采用激光焊接的方式来生产，而不等厚铝合金拼焊板在激光焊接时存在以下问题:
1、铝合金属于典型的共晶合金，凝固收缩率大，容易产生热裂纹；
2、铝合金在液态时的吸氢能力强，而在凝固过程中其氢的溶解度急剧降低，大量氢气析出，当氢气来不及溢出时就会在焊缝中形成大量的气孔；
3、激光焊接过程中存在其元素烧损，容易造成焊缝强度下降。
[0005]热裂纹、气孔及元素烧损将造成焊缝弱化，也造成不等厚铝合金拼焊板的强度及延伸率降低，严重影响其成形质量。
[0006]对不等厚铝合金拼焊板的成形质量进行评价时，要求沿垂直焊缝方向进行拉伸时必须断于母材而不能断于焊缝处，不等厚铝合金拼焊板的埃里克森杯突值不低于母材的75%。
【发明内容】
[0007]为解决不等厚铝合金拼焊板存在的上述问题，本发明提供了一种不等厚铝合金拼焊板的激光焊接方法，通过该激光焊接方法获得的不等厚铝合金拼焊板具有良好的成形质量，垂直焊缝方向进行拉伸时断于母材而不断于焊缝处，有效解决了激光焊接时焊缝弱化问题，不等厚铝合金拼焊板的埃里克森杯突值不低于母材的80%。
[0008]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
一种不等厚铝合金拼焊板的激光焊接方法，不等厚铝合金拼焊板是指厚铝板与薄铝板的拼焊板，给定厚铝板的厚度为而薄铝板的厚度为12，厚铝板和薄铝板均采用5XXX系铝合金0态板材，激光焊接使用到激光器，激光焊接方法包括两次清洗过程、前期检查过程、夹角和垂直距离控制过程、焊接前控制过程及单面焊或是双面焊控制过程，各过程分述如下:
要求t^P 12均控制在0.5?5mm，[t「t2]的厚度差彡4mm且的厚度比彡6 ； ①两次清洗过程:根据上述要求，先对厚铝板和薄铝板的表面油污分别采用30°C以上的弱碱性铝材脱脂剂进行清洗，之后再用清水清洗干净以完成第一次清洗过程；采用质量百分浓度0.5%以上且温度在30°C以上的酸溶液对厚铝板和薄铝板的表面分别进行清洗，清洗时间控制在0.1?lOmin以去除其表面的氧化膜，之后再用清水清洗干净以完成第二次清洗过程，最后对厚铝板和薄铝板进行烘干，烘干温度不能高于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前期检查过程:分别检查厚铝板和薄铝板的对接面粗糙度Ra，要求Ra<50 μ m，厚铝板和薄铝板的对接间隙和错边量均< 0.1mm，所述对接间隙就是对接缝的宽度；
③夹角和垂直距离控制过程:将厚铝板或是薄铝板表面的垂直方向定义为法线方向，激光器产生的激光束与所述法线方向之间的夹角< 15°，采用正离焦方式即所述激光束的焦点距激光入射侧的薄铝板表面的垂直距离控制在0?50mm ;
④焊接前控制过程:厚铝板与薄铝板对接后形成一个台阶面和一个平齐面，所述激光束或是在所述台阶面入射或是在所述平齐面入射；激光焊接前采用点焊法或短距离缝焊法来确定所述激光束的入射位置；
采用点焊法确定所述激光束的入射位置时，所述激光束照射到所述台阶面或是所述平齐面的所述对接缝处形成焊点，所述对接缝的中心线至厚铝板侧所述焊点边缘的最大垂直距离是所述焊点直径的1/2到2/3，所述对接缝的中心线至薄铝板侧所述焊点边缘的最大垂直距离是所述焊点直径的1/3到1/2 ;
采用短距离缝焊法确定所述激光束的入射位置时，所述激光束照射到所述台阶面或是所述平齐面的所述对接缝处形成短焊缝，所述对接缝的中心线至厚铝板侧所述短焊缝边缘的最大垂直距离是所述短焊缝宽度的1/2到2/3，所述对接缝的中心线至薄铝板侧所述短焊缝边缘的最大垂直距离是所述短焊缝宽度的1/3到1/2 ;
⑤单面焊或是双面焊控制过程:采用点焊法或短距离缝焊法确定所述激光束的入射位置后，沿所述台阶面或是所述平齐面的所述对接缝处实施单面焊或是双面焊，所述单面焊或是所述双面焊时的焊接参数如下:
激光功率控制在0.5?5KW，激光焊接速度控制在1?30m/min，激光焊接线能量控制在5?50 J/mm，保护气体米用氩气或是氦气，或是米用氩气和氦气的混合气，所述混合气的体积比是:氩气:氦气=[1?9]: [9?1]，保护气体的流量控制在5?40L/min，环境湿度< 70%RH ;所述单面焊时所述焊缝背宽比不低于0.4 ;所述双面焊时或采用单束激光先焊好一面再焊其另一面，或采用两束单束激光同时焊接两面，两束单束激光在所述台阶面的所述对接缝处和所述平齐面的所述对接缝处的光斑中心沿焊接方向相距不低于该两面焊缝宽度平均值的2倍；所述双面焊时所述两面焊缝的最大重叠深度是厚铝板和薄铝板厚度平均值的15?50%而重叠区的最大宽度不低于所述两面焊缝宽度平均值的40% ;
采用X射线对焊缝进行气孔检测，气孔最大尺寸不超过薄铝板厚度的0.3倍且不大于400 μ m而气孔率不超过2% ；
上述⑤完成后，对获得的不等厚铝合金拼焊板进行焊缝气孔最大尺寸及气孔率、焊缝显微硬度、单面焊时其焊缝背宽比、双面焊时其两面焊缝的最大重叠深度及重叠区的最大宽度、拉伸性能及埃里克森杯突值的检测，要求如下:
焊缝气孔的最大尺寸不超过薄铝板厚度的0.3倍且不大于400 μ m，气孔率不超过2% ;焊缝显微硬度不低于母材的1.05倍；单面焊时的所述焊缝背宽比不低于0.4 ;双面焊时的两面所述焊缝的最大重叠深度是厚铝板与薄铝板厚度平均值的15?50%，而其重叠区的最大宽度不低于两面焊缝宽度平均值的40% ;垂直焊缝方向拉伸时断于母材，延伸率不低于母材的90%，埃里克森杯突值不低于母材的80%。
[0009]由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下效果:
1)严格控制厚铝板和薄铝板的表面清洗，能最大限度地减少焊缝中的气孔。
[0010]2)严格控制厚铝板和薄铝板对接面处的粗糙度以及对接间隙及错边量，再采用点焊法或短距离缝焊法，更直接、更有效地确定激光束的入射位置，保证同一焊接工艺条件下焊接效果的一致性、稳定性。
[0011]3)单面焊接时严格控制背宽比，双面焊接时严格控制两面焊缝的最大重叠深度和重叠区的最大宽度，保证焊缝具有良好的质量。
[0012]4)采用本发明的方法可以有效地消除焊接裂纹、克服焊缝气孔和元素烧损的负面影响，获得成形性良好的不等厚铝合金拼焊板，垂直焊缝拉伸时断于母材，延伸率不低于母材的90% ;不等厚铝合金拼焊板的埃里克森杯突值不低于母材的80%。
【附图说明】
[0013]图1是厚铝板与薄铝板的对接示意简图。
[0014]图1中:1_厚铝板；2_薄铝板。
【具体实施方式】
[0015]本发明是一种不等厚铝合金拼焊板的激光焊接方法，不等厚铝合金拼焊板是指厚铝板与薄铝板的拼焊板，给定厚铝板的厚度为而薄铝板的厚度为12，要求tjP t 2均控制在0.5?5mm，[t^tj的厚度差彡4mm且匕八2]的厚度比彡6，厚铝板和薄铝板均采用5XXX系铝合金0态板材，激光焊接使用到激光器，通过本发明所获得的不等厚铝合金拼焊板具有良好的成形质量，垂直焊缝方向进行拉伸时断于母材而不断于焊缝处，有效解决了激光焊接时焊缝弱化问题，不等厚铝合金拼焊板的埃里克森杯突值不低于母材的80%。
[0016]根据本发明的所述技术方案，在两次清洗过程中:
(1)厚铝板和薄铝板的表面均存在一层自然氧化膜，该氧化膜是由氧化铝和氧化镁组成的多孔组织，厚铝板和薄铝板在生产和存放过程中会吸附油污及潮气等，是激光焊接过程中氢的潜在来源，也是造成焊缝气孔的重要原因，因此两次清洗过程也是去除该氧化膜和表面油