一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法与流程

1.本发明涉及汽车零部件制造技术领域，具体为一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法。


背景技术：

2.传统复杂结构压铸铝合金零部件采用挤压型材拼焊工艺，其主要问题在于一方面焊接工序较多，产品精度很难控制，制造工序繁杂，托盘质量控制具有较大难度且生产周期较长；另一方面因现有工艺限制难以进一步进行轻量优化。
3.与其他工艺（例如挤压方式）制作的铝合金不同，压铸铝合金由于含有较多的强化合金元素，形成低熔共晶组织，同时结晶温度区间较宽，收缩率高，焊接时容易在焊缝和热影响区产生结晶裂纹和液化裂纹，使焊接接头的强度降低。另外，压铸工艺由于其固有的高速充型特征，铝液充型中会产生卷气现象，从而导致压铸铝合金含气量较多，尤其是氢的含量很高。焊接时，熔焊的高温会导致焊接热影响区产生表面鼓泡现象，焊缝和熔合区还会由于气体释放和膨胀而导致严重的气孔缺陷，除此之外，氢元素还会在热影响区引起氢的集聚，产生晶间气孔，破坏焊接接头组织。这些因素都阻碍了压铸铝合金焊接性能的提升。
4.目前铝合金焊接方法普遍为mig焊，然而传统单脉冲mig焊接接头，气孔多、焊缝晶粒粗大，使接头质量和性能得不到保证，这就需要研发新的焊接方法。激光焊接就是其中之一，它是采用高能量密度的激光作为热源的一种焊接技术，具有飞溅小、热影响区窄以及焊缝成形美观等优点，逐渐成为重要的焊接方法之一。与传统mig焊接相比，激光焊接的突出优势在于焊接速度可以达到传统电弧焊的几倍以上，使其成为高效的焊接方法之一。虽然激光焊接的效率很高，但铝合金对激光具有很强的反射率，导致激光焊接功率利用率低，并且铝合金导热率高造成激光焊接的气孔率高、裂纹倾向大，这些都在一定程度上限制其在铝合金焊接中的广泛应用。
5.因此，针对现有技术中针对复杂结构压铸铝合金零部件在加工制造过程中所存在技术缺陷以及技术问题，需要提出一种新的技术方法来实现复杂结构压铸铝合金零部件的加工制造。


技术实现要素：

6.本发明提供一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，至少可以解决现有技术中存在的部分问题。
7.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
8.一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其中，所述复杂结构零部件包括若干个铝合金压铸件单元，所述若干个铝合金压铸件单元通过复合焊的方式进行焊接处理，所述复合焊为激光-mig复合焊或激光-cmt复合焊，复合焊为激光热源在前，mig或cmt热源在后的旁轴复合焊接方式；
9.所述铝合金零部件的复合焊包括如下步骤：
10.(1)准备待焊接的工件，对待焊接的试样进行清洗预处理；
11.(2)采用激光清洗头对预处理后的试样进行激光清洗处理；
12.(3)将清洗处理后的工件固定在焊接工装夹具上，利用所述复合焊工艺进行焊接处理，焊接处理采用的焊丝为核壳结构，包括表皮和芯材，所述表皮为almgmntisi高熵合金，芯材为硼砂、氟锆酸钾、氧化钇的混合物；
13.(4)对焊接处理后的工件进行质量检测。
14.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，所述铝合金压铸件单元的材质为al-si系压铸铝合金，零件的特征厚度为1.5mm-6.0mm。
15.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，步骤(1)的具体步骤为：当零件的特征厚度≥4mm时，将待焊接的工件设置坡口，采用丙酮溶液对待焊接的工件进行清洗预处理。
16.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，步骤(2)的具体步骤为：将待焊接的工件安装在工作台上，调整激光清洗头、吸尘口的相对位置，通过控制器设置激光清洗工艺参数，依次启动吸尘器或烟雾净化器、激光器，对待焊接的工件进行激光清洗处理。
17.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，步骤(2)中激光清洗处理的工艺参数如下：激光为脉冲模式，激光波长1.064微米，激光平均功率为85w-95w，扫描线宽为60mm-70mm，脉冲频率为80khz-100khz，清洗速率为0.6m/min-1.0m/min。
18.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，步骤(3)的具体步骤为：将激光清洗处理结束后的待焊接的工件固定在焊接工装夹具上，调整组对间隙、焊缝两侧错边量，根据待焊接工件的装配状态调整焊枪姿态实施焊接。
19.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，步骤(3)中组对间隙为0mm-0.6mm，焊接坡口角度为60
°‑
70
°
，焊缝两侧的错边量小于0.1mm。
20.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，步骤(3)复合焊的激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm-5mm，扫描频率为20hz-40hz，弧长修正系数为-10%至+10%，激光束的垂直倾斜角度为5
°‑
10
°
，激光功率为1500w-4000w；
21.cmt焊或mig焊枪轴线与母材夹角为60
°‑
70
°
，光丝间距为1mm-3mm，焊枪导电嘴至工件表面之间的焊丝伸长量为3mm-8mm，保护气喷嘴与垂直方向夹角为45
°‑
60
°
，保护气体为氩气与氦气的混合气体(氦气比例为1vol%-5vol%)，保护气体的流量为15l/min-25l/min，cmt焊或mig焊根据激光功率自适应调节，焊接速度为1m/min-7m/min、送丝速度为5m/min-20m/min。
22.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，所述焊丝直径为0.8mm-1.6mm，焊丝中表皮的质量百分比为70%-90%，芯材的质量百分比为10%-30%；表皮almgmntisi高熵合金由以下原子百分比的元素组成：al 40%-60%，mg 10%-15%，mn 10%-15%，ti 10%-15%，si 10%-15%，芯材中各组分的质量百分比如下：硼砂40%-70%、氟锆酸钾20%-30%、氧化钇5%-10%。
23.作为本发明一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法的优选技术方案，其中，步骤(4)的具体步骤为：利用超声波检测仪对焊接好的成品进行质量检验，利用横波法检测焊缝缺陷。
24.本发明的有益效果如下：
25.1. 现有技术中单一焊接方式，如cmt、mig、变极性等离子焊、激光焊等对压铸铝合金的焊接处理，焊缝强度占比虽然突破了80%，但焊接接头强度极不稳定，且焊缝断面仍存在大量的气孔。本发明基于压铸零部件的铸造组织的特点，通过复合焊为激光-mig复合焊或激光-cmt复合焊并采用自主研发的特殊焊丝，显著提升焊接接头强度、塑性、降低气孔率。并通过对焊接工艺的优化和改进，使焊接接头强度达到母材强度的90%以上、接头塑性接近母材、焊缝中气孔率保持在1%以下。
26.2. 本发明提供的复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接工艺采用表皮和芯材的焊丝结构，表皮采用almgmntisi高熵合金，高熵合金本身具备高屈服强度、断裂强度的力学性能。本发明针对压铸铝合金样品采用铝基高熵合金作为焊丝的表皮，各元素与压铸铝合金都具有良好的浸润和互熔性，能够提高焊缝的连接强度。与现有技术中常用的alsi基合金焊丝以及其他种类焊丝相比，铝基高熵合金一方面能够对压铸件的焊缝进行强化，还能够与压铸铝合金在焊接过程中进行互熔强化，避免了采用其他金属焊丝与压铸铝合金之间的焊缝具有较大的应力，影响焊缝力学强度。
27.3. 本发明的焊丝表皮中，almgmntisi高熵合金中含有较高含量的si，与c37中的硅元素含量相当，能够更好地与压铸铝合金工件进行互熔焊接，提高焊缝与工件的焊接强度。硅元素还可以提高铝合金的强度及硬度，对铝的固溶度很低，可提升焊缝的力学性能。镁元素能够强化铝合金，大大提高铝合金的强度与硬度。锰元素能够提高铝合金的强度与韧性，使焊缝表现更高的屈服强度与延展性。钛元素能够与铝形成tial金属间化合物，成为结晶的晶核，起到细化结晶组织焊缝组织的作用。
28.4. 本发明在焊丝的芯材中加入的硼砂和氟锆酸钾在焊接过程中在焊接熔池中起到浸润的活化效果，能够降低熔池中熔融金属的黏性，提高熔池的流动性，使焊缝各处力学强度更加均匀，从而提高压铸铝合金的焊接质量。另外，硼砂和氟锆酸钾在焊接加热的过程中也不会产生氯化氢有毒气体，具有一定的安全性和环保性。
29.5. 本发明在焊丝的芯材中还加入有氧化钇，氧化钇对于铝合金熔池中的熔融金属具有细化结晶的作用，可以提高结晶细致度，提高压铸铝合金与焊缝之间的拉伸强度和屈服强度。同时，氧化钇还能够降低熔池中熔融金属的接触角，提高熔池中熔融金属与压铸铝合金的浸润效果。
具体实施方式
30.下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，
如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
32.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.本发明提供一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，并通过对焊接工艺的优化和改进，能够克服单一的焊接方法焊接压铸铝合金时焊接接头强度较差，气孔率低等问题，提高压铸铝合金的焊接质量。
34.一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其中，所述复杂结构零部件包括若干个铝合金压铸件单元，所述若干个铝合金压铸件单元通过复合焊的方式进行焊接处理，所述复合焊为激光-mig复合焊或激光-cmt复合焊，复合焊为激光热源在前，mig或cmt热源在后的旁轴复合焊接方式；
35.所述复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊包括如下步骤：
36.(1)准备待焊接的工件，对待焊接的试样进行清洗预处理；
37.(2)采用激光清洗头对预处理后的试样进行激光清洗处理；
38.(3)将清洗处理后的工件固定在焊接工装夹具上，利用所述复合焊工艺进行焊接处理，焊接处理采用的焊丝为核壳结构，包括表皮和芯材，所述表皮为almgmntisi高熵合金，芯材为硼砂、氟锆酸钾、氧化钇的混合物；
39.(4)对焊接处理后的工件进行质量检测。
40.优选的，所述铝合金压铸件单元的材质为al-si系压铸铝合金，更优选为castasil-37(c37)。
41.优选的，c37（alsi9mnmozr）材料各元素质量百分比为：si：8.5%-10.5%，fe：0.15%，cu:0.05%，mn：0.35%-0.6%，mg：0.06%，zn:0.07%，sr：0.01%-0.015%，其他杂质单个≤0.05%，余量为al。
42.优选的，步骤(1)的具体步骤为：当零件的特征厚度≥4mm时，将待焊接的工件设置坡口，采用丙酮溶液对待焊接的工件进行清洗预处理。
43.优选的，步骤(2）的具体步骤为：将待焊接的工件安装在工作台上，调整激光清洗头、吸尘口的相对位置，通过控制器设置激光清洗工艺参数，依次启动吸尘器或烟雾净化器、激光器，对待焊接的工件进行激光清洗处理，以去除工件表面的氧化膜。
44.优选的，步骤(2)中激光清洗处理的工艺参数如下：激光为脉冲模式，激光波长1.064微米，激光平均功率为85w-95w，扫描线宽为60mm-70mm，脉冲频率为80khz-100khz，清洗速率为0.6m/min-1.0m/min。
45.优选的，步骤(3)的具体步骤为：将激光清洗处理结束后的待焊接的工件固定在焊接工装夹具上，调整组对间隙、焊缝两侧错边量，根据待焊接工件的装配状态调整焊枪姿态实施焊接。
46.优选的，步骤(3)中组对间隙为0mm-0.6mm，焊接坡口角度为60
°‑
70
°
，焊缝两侧的错边量小于0.1mm。
47.优选的，步骤(3)复合焊的激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm，扫描频率为20hz-40hz，弧长修正系数为-10%至+10%，激光束的垂直倾斜角度为5
°‑
10
°
，激光功率为1500w-4000w。
48.优选地，cmt焊或mig焊枪轴线与母材夹角为60
°‑
70
°
，光丝间距为1mm-3mm，焊枪导电嘴至工件表面之间的焊丝伸长量为3mm-8mm，保护气喷嘴与垂直方向夹角为45
°‑
60
°
，保护气体为95vol%-99vol%的氩气以及1vol%-5vol%的氦气的混合气体，保护气体的流量为15l/min-25l/min，cmt焊或mig焊根据激光功率自适应调节，焊接速度为1m/min-7m/min、送丝速度为5m/min-20m/min。
49.优选的，所述焊丝直径为0.8mm-1.6mm，焊丝中表皮的质量百分比为70%-90%，芯材的质量百分比为10%-30%；表皮almgmntisi高熵合金由以下原子百分比的元素组成：al 40%-60%，mg 10%-15%，mn 10%-15%，ti 10%-15%，si 10%-15%，芯材中各组分的质量百分比如下：硼砂40%-70%、氟锆酸钾20%-30%、氧化钇5%-10%。
50.优选的，步骤(4)的具体步骤为：利用超声波检测仪对焊接好的成品进行质量检验，利用横波法检测焊缝缺陷。
51.下面以c37压铸铝合金板的对接焊接为例进行详细说明。
52.实施例1
53.根据以上的工艺流程，采用激光-弧焊的复合焊接工艺，焊接采用的设备包括ipgyls-6000多模光纤激光器、froninstps500i焊机和kukakrc2焊接机器人。
54.c37压铸铝合金板的元素组成如下（质量百分比）：si:10%，fe:0.15%，cu:0.05%，mn:0.5%，mg:0.06%，zn:0.07%，sr:0.01%，其他杂质≤0.05%，余量为al。
55.（1）焊前准备
56.选择厚度为4mm的板材，将需要机加焊接的工件备齐待用，需要焊接的工件焊缝位置，焊缝位置设置有坡口，坡口形状为y型坡口，然后将加工成型需要焊接的工件采用丙酮溶液进行超声清洗，清洗时间为20min，去除工件表面的油污附着物。
57.（2）激光清洗
58.将待焊接的压铸铝合金试件安装在工作台上，调整激光清洗头、吸尘口的相对位置，设定工艺参数，开启吸尘器或烟雾净化器，启动激光器，开始清理待焊接工件表面的氧化膜，对所有焊接工件焊接部位进行激光清洗直至露出金属光泽。
59.激光清洗处理的工艺参数如下：激光为脉冲模式，激光波长1.064微米，激光平均功率为90w，扫描线宽为70mm，脉冲频率为90khz，清洗速率为0.8m/min。
60.（3）复合焊接
61.将清洗结束的压铸铝合金试件固定在焊接工装夹具上，利用夹紧工装将焊缝两侧试件压紧，采用激光-mig复合焊接工艺。利用夹具将激光头与mig焊枪刚性固定，根据待焊接工件的装配状态调整焊枪姿态实施焊接。
62.复合焊接过程中焊缝两侧的错边量小于0.1mm，焊接坡口角度为60
°
，焊丝直径为1.0mm，焊接材料为核壳结构焊丝，焊丝中表皮的质量百分比为80%，芯材的质量百分比为20%，表皮为almgmntisi高熵合金，高熵由以下原子百分比的元素组成：al 60%，mg 10%，mn 10%，ti 10%，si 10%，芯材中各组分的质量百分比如下：硼砂70%、氟锆酸钾25%、氧化钇5%。
63.复合焊的激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm，扫描频率为30hz，激光束的垂
12%，ti 12%，si 12%，芯材中各组分的质量百分比如下：硼砂60%、氟锆酸钾30%、氧化钇10%。
87.复合焊的激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm，扫描频率为30hz，激光束的垂直倾斜角度为10
°
。
88.cmt焊或mig焊枪轴线与母材夹角为70
°
，光丝间距为2mm，焊枪导电嘴至工件表面之间的焊丝伸长量为5mm，保护气喷嘴与垂直方向夹角为60
°
，保护气体为97vol%氩气和3vol%氦气的混合气体，气体流量25l/min。
89.复合焊接工艺其它具体工艺参数如表1所示。
90.（4）焊接质量检测
91.利用超声波检测仪对焊接好的成品进行质量检验，采用横波法检测焊缝缺陷，若声波在传播途中遇到缺陷，部分声波将反射回来，在荧光屏上显示缺陷回波。
92.实施例7
93.采用激光-mig复合焊接工艺，与实施例6不同的焊接工艺参数见表1。
94.实施例8
95.采用激光-cmt复合焊接工艺，与实施例6不同的焊接工艺参数见表1。
96.对比例1
97.以实施例1为基础，采用实施例1中的焊前准备、激光清洗以及焊接质量检测操作方法。
98.焊接采用mig单一焊接方式进行焊接，具体操作如下：
99.将清洗结束的压铸铝合金试件固定在焊接工装夹具上，利用夹紧工装将焊缝两侧试件压紧。利用夹具将mig焊枪刚性固定，依据焊接试件的装配状态进行焊枪姿态调整实施焊接。
100.焊接过程中焊缝两侧的错边量小于0.1mm，焊丝直径为1.0mm，焊接材料为核壳结构焊丝，焊丝中表皮的质量百分比为80%，芯材的质量百分比为20%，表皮为almgmntisi高熵合金，高熵由以下原子百分比的元素组成：al 60%，mg 10%，mn 10%，ti 10%，si 10%，芯材中各组分的质量百分比如下：硼砂70%、氟锆酸钾25%、氧化钇5%。
101.mig焊枪轴线与母材夹角为70
°
，光丝间距为2mm，焊枪导电嘴至工件表面之间的焊丝伸长量为5mm，保护气喷嘴与垂直方向夹角为60
°
，保护气体为97vol%氩气和3vol%氦气的混合气体，气体流量20l/min。
102.焊接工艺其它具体工艺参数如表1所示。
103.对比例2
104.以实施例1为基础，采用实施例1中的焊前准备、激光清洗以及焊接质量检测操作方法。
105.焊接采用激光单一焊接方式进行焊接，具体操作如下：
106.将清洗结束的压铸铝合金试件固定在焊接工装夹具上，利用夹紧工装将焊缝两侧试件压紧。利用夹具将激光头刚性固定，依据焊接试件的装配状态进行焊枪姿态调整实施焊接。
107.焊接过程中焊缝两侧的错边量小于0.1mm，焊接材料为核壳结构焊丝，焊丝直径为1.0mm，焊丝中表皮的质量百分比为80%，芯材的质量百分比为20%，表皮为almgmntisi高熵合金，高熵由以下原子百分比的元素组成：al 60%，mg 10%，mn 10%，ti 10%，si 10%，芯材中
各组分的质量百分比如下：硼砂70%、氟锆酸钾25%、氧化钇5%。
108.激光焊接过程中激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm，扫描频率为30hz，激光束的垂直倾斜角度为10
°
。
109.焊接工艺其它具体工艺参数如表1所示。
110.对比例3
111.以实施例1为基础，采用实施例1中的焊前准备、激光清洗以及焊接质量检测操作方法。
112.复合焊接的具体操作如下：
113.将清洗结束的压铸铝合金试件固定在焊接工装夹具上，利用夹紧工装将焊缝两侧试件压紧。利用夹具将激光头与mig焊枪刚性固定，依据焊接试件的装配状态进行焊枪姿态调整实施焊接。
114.复合焊接过程中焊缝两侧的错边量小于0.1mm，焊接材料为单一的铝合金材料焊丝，焊丝直径为1.0mm，焊丝中各元素质量百分比如下：al 89.0%，mg 3.0%，mn 3.0%，ti 1.0%，si 4.0%。
115.复合焊的激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm，扫描频率为30hz，激光束的垂直倾斜角度为10
°
。
116.mig焊枪轴线与母材夹角为70
°
，光丝间距为2mm，焊枪导电嘴至工件表面之间的焊丝伸长量为5mm，保护气喷嘴与垂直方向夹角为60
°
，保护气体为97vol%氩气和3vol%氦气的混合气体，气体流量20l/min。
117.复合焊接工艺其它具体工艺参数如表1所示。
118.对比例4
119.以实施例1为基础，采用实施例1中的焊前准备、激光清洗以及焊接质量检测操作方法。
120.将清洗结束的压铸铝合金试件固定在焊接工装夹具上，利用夹紧工装将焊缝两侧试件压紧。利用夹具将激光头与mig焊枪刚性固定，根据实际焊接试件的装配状态进行焊枪姿态调整实施焊接。
121.复合焊接过程中焊缝两侧的错边量小于0.1mm，焊接材料为核壳结构焊丝，焊丝直径为1.0mm，焊丝中表皮的质量百分比为80%，芯材的质量百分比为20%，表皮为常规铝合金材料，表皮中各元素质量百分比如下：al 89.0%，mg 3.0%，mn 3.0%，ti 1.0%，si 4.0%，芯材中各组分的质量百分比如下：硼砂70%、氟锆酸钾25%、氧化钇5%。
122.复合焊的激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm，扫描频率为30hz，激光束的垂直倾斜角度为10
°
。
123.mig焊枪轴线与母材夹角为70
°
，光丝间距为2mm，焊枪导电嘴至工件表面之间的焊丝伸长量为5mm，保护气喷嘴与垂直方向夹角为60
°
，保护气体为97vol%氩气和3vol%氦气的混合气体，气体流量20l/min。
124.复合焊接工艺其它具体工艺参数如表1所示。
125.对比例5
126.以实施例1为基础，采用实施例1中的焊前准备、激光清洗以及焊接质量检测操作方法。
127.将清洗结束的压铸铝合金试件固定在焊接工装夹具上，利用夹紧工装将焊缝两侧试件压紧。利用夹具将激光头与mig焊枪刚性固定，根据实际焊接试件的装配状态进行焊枪姿态调整实施焊接。
128.复合焊接过程中焊缝两侧的错边量小于0.1mm，焊接材料为单一的almgmntisi高熵合金材料，无芯材材料，焊丝直径为1.0mm，焊丝中各元素质量百分比如下：al 89.0%，mg 3.0%，mn 3.0%，ti 1.0%，si 4.0%。
129.复合焊的激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm，扫描频率为30hz，激光束的垂直倾斜角度为10
°
。
130.mig焊枪轴线与母材夹角为70
°
，光丝间距为2mm，焊枪导电嘴至工件表面之间的焊丝伸长量为5mm，保护气喷嘴与垂直方向夹角为60
°
，保护气体为97vol%氩气和3vol%氦气的混合气体，气体流量20l/min。
131.复合焊接工艺其它工艺参数如表1所示。
132.对各实施例和对比例的焊接性能进行测试，如表1所示。
133.表1 实施例和对比例的焊接工艺其它工艺参数和焊接性能
134.135.对本发明的实施例1-8所得到的对接焊缝的外观进行分析，正面焊缝、背面焊缝良好，无明显咬边，未熔合缺陷。
136.采用金属材料力学性能方法对实施例和对比例获得的工件进行拉伸试验检测，并采用射线检测分析方法对焊缝中的气孔率进行相关的检测。
137.对c37材料之间以及c37-6061铝合金材料进行对接焊接，检测结果显示，采用本发明所提供的复合焊接工艺，焊缝的拉伸强度及伸长率均有明显提高，与母材拉伸强度相比，焊缝拉伸强度占比均达到了90%以上，气孔率也均维持在1.0%以下。
138.对比例的检测结果与实施例检测结果相比较，对比例1和对比例2分别仅采用mig焊接和激光焊接的方式对c37材料进行焊接；对比例3也采用了复合焊接工艺，但焊丝采用的是现有技术中非高熵合金铝合金材料，同时也没有添加芯材；对比例4采用复合焊接工艺，焊丝采用现有技术中非高熵合金铝合金材料作为表皮材料，芯材与本发明相同；对比例5采用复合焊接工艺，焊丝未采用核壳结构，不包含本发明的芯材，仅采用本发明的almgmntisi高熵合金材料作为焊丝进行焊接。
139.从试验检测结果可以看出，对比例中的焊缝拉伸强度和屈服强度与本发明实施例相比都有较大的降低，拉伸强度占比均未达到90%，焊缝伸长率与本发明相比也更高，气孔率也均在1.0%以上。结果证明，本发明所采用的复合焊接工艺对于压铸铝合金工件的焊接性能的提高具有显著的效果，提高了焊缝的力学强度，降低了焊缝的气孔率，克服了单一焊接方法中所存在的诸多缺陷和技术问题。另外，本发明对于复合焊接所采用的焊丝材料进行的优化和改进，本发明焊丝的核壳结构与单纯的金属焊丝相比，由于添加有界面活性物质以及稀土元素，使得焊缝的力学性能得到提升，熔池中熔融金属流动和分散更均匀，得到的焊缝组织更细致，气孔率也更低。高熵合金焊丝与现有技术中常用的铝合金焊丝相比，对于焊缝力学性能的提升也有明显的效果。
140.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于，所述复杂结构零部件包括若干个铝合金压铸件单元，所述若干个铝合金压铸件单元的铸造组织特点，采用复合焊的方式进行焊接，所述复合焊为激光-mig复合焊或激光-cmt复合焊，复合焊为激光热源在前，mig或cmt热源在后的旁轴复合焊接方式；所述复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊包括如下步骤：(1)准备待焊接的工件，对待焊接的试样进行清洗预处理；(2)采用激光清洗头对预处理后的试样进行激光清洗处理；(3)将清洗处理后的工件固定在焊接工装夹具上，利用所述复合焊工艺进行焊接处理，焊接处理采用的焊丝为核壳结构，包括表皮和芯材，所述表皮为almgmntisi高熵合金，芯材为硼砂、氟锆酸钾、氧化钇的混合物；(4)对焊接处理后的工件进行质量检测。2.根据权利要求1所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于：所述铝合金压铸件单元的材质为al-si系压铸铝合金，零件的特征厚度为1.5mm-6.0mm。3.根据权利要求2所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于：步骤(1)的具体步骤为：当零件特征厚度≥4mm时，将待焊接的工件设置坡口，采用丙酮溶液对待焊接的工件进行清洗预处理。4.根据权利要求3所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于：步骤(2)的具体步骤为：将待焊接的工件固定在工作台上，调整激光清洗头、吸尘口的相对位置，通过控制器设置激光清洗工艺参数，依次启动吸尘器或烟雾净化器、激光器，对待焊接的工件表面进行激光清洗处理。5.根据权利要求4所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于：步骤(2)中激光清洗处理采用脉冲激光进行，工艺参数如下：激光波长1.064微米，平均功率为85w-95w，扫描线宽为60mm-70mm，脉冲频率为80khz-100khz，清洗速率为0.6m/min-1.0m/min。6.根据权利要求5所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于：步骤(3)的具体步骤为：将激光清洗处理结束后的待焊接的工件固定在焊接工装夹具上，调整组对间隙、焊缝两侧错边量，根据待焊接工件的装配状态调整焊枪姿态实施焊接。7.根据权利要求6所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于：步骤(3)中组对间隙为0mm-0.6mm，焊接坡口角度为60
°‑
70
°
，焊缝两侧的错边量小于0.1mm。8.根据权利要求7所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于：步骤(3)复合焊的激光光纤芯径为200μm，激光离焦量为0mm-5mm，扫描频率为20hz-40hz，弧长修正系数为-10%至+10%，激光束的垂直倾斜角度为5-10
°
，激光功率为1500w-4000w；cmt焊或mig焊枪轴线与母材夹角为60
°‑
70
°
，光丝间距为1mm-3mm，焊枪导电嘴至工件表面之间的焊丝伸出量为3mm-8mm，cmt焊或mig焊根据激光功率自适应调节，焊接速度为1m/min-7m/min、送丝速度为5m/min-20m/min，保护气喷嘴与垂直方向夹角为45
°‑
60
°
，保护气体为氩气与氦气的混合气体，流量为15l/min-25l/min。9.根据权利要求8所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在
于：所述焊丝直径为0.8mm-1.6mm，焊丝中表皮的质量百分比为70%-90%，芯材的质量百分比为10%-30%；表皮almgmntisi高熵合金由以下原子百分比的元素组成：al 40%-60%，mg 10%-15%，mn 10%-15%，ti 10%-15%，si 10%-15%，芯材中各组分的质量百分比如下：硼砂40%-70%、氟锆酸钾20%-30%、氧化钇5%-10%。10.根据权利要求9所述的一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，其特征在于：步骤(4)的具体步骤为：利用超声波检测仪对焊接好的成品进行质量检验，利用横波法检测焊缝缺陷。

技术总结
本发明涉及汽车零部件制造技术领域，具体为一种复杂结构压铸铝合金零部件的复合焊接方法，即基于压铸零部件的铸造组织的特点，采用复合焊的方式进行焊接，所述复合焊为激光-MIG复合焊或激光-CMT复合焊并辅以自主研发的特殊焊丝，能够显著提升焊接接头强度、塑性，同时降低焊缝气孔率。并通过对焊接工艺的优化和改进，使焊接接头强度达到母材强度的90%以上、接头塑性接近母材、焊缝中气孔率保持在1%以下。本发明能够克服单一的焊接方法焊接压铸铝合金时焊接接头强度较差，气孔率高的问题，提高压铸铝合金的焊接质量。高压铸铝合金的焊接质量。


技术研发人员：郭音 董文亮 童文辉 冯志博
受保护的技术使用者：沈阳信拓技术服务有限公司
技术研发日：2023.08.10
技术公布日：2023/9/9