异种金属激光焊接的制作方法

1.本公开涉及一种将铝合金焊接到钢的方法。


背景技术：

2.由于铝在重量上的优势，在汽车上使用铝制部件已经越来越普遍。然而，由于固有的高弹性模量和机械强度的选择，某些部件或部件的部分，例如齿轮接口或高应力集中点，仍然必须由钢制成，以此改善其结构性能。行业所面临的挑战在于：如何在充分利用这两种材料的同时，不放大这两种材料的结构接合所带来的任何缺点(如果有)。当铝和钢直接焊接在一起时，问题就会出现，例如会形成脆性铝/铁金属间相。
3.因此，鉴于目前的接合技术达到了预期的效果，则需要一种新的改进方法来焊接铝制部件和钢制部件，而不形成会使焊缝脆弱的脆性铝/铁金属间相。


技术实现要素：

4.根据本公开涉及的几个方面，一种将铁合金制成的部件焊接到铝合金制成的部件的方法，包括：加工和清洗铁合金部件的结合面；加工和清洗铝合金部件的结合面；在所述铁合金部件的结合面上沉积一铜合金材料层；在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面的铜合金材料层中的至少一层上形成一焊缝坡口；将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接。
5.另一方面，在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面的铜合金材料层中的至少一层上形成一焊缝坡口还包括：为沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面的铜合金材料层中的至少一层加工一倾斜角。
6.另一方面，所述倾斜角大于0度且小于或等于45度。
7.另一方面，将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接还包括：通过使用铜合金填充材料激光焊接，将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接，以将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件上的铜合金材料层彼此接合。
8.另一方面，所述铜合金填充材料的化学组分包括大约50％-大约70％铜，0％-大约30％镍，0％-大约10％铝，0％-大约10％铁，0％-大约8％锰，0％-大约10％硅，以及大约0.1％-大约0.5％钛。
9.另一方面，所述沉积在铁合金部件的结合面的铜合金材料层与所述铜合金填充材料的化学组分相同。
10.另一方面，所述沉积在铁合金部件的结合面的铜合金材料层的化学组分中的镍含量低于所述铜合金填充材料。
11.另一方面，通过使用铜合金填充材料激光焊接，将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接，以将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件上的铜合金材料层彼此接合还包括：在激光焊接的过程中，
将激光焊接束聚焦在所述铜合金填充材料，以避免所述铝合金部件的结合面过热。
12.另一方面，该方法还包括：在将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接之前，将所述铁合金部件和所述铝合金部件放置在夹具内，以相对地固定所述铁合金部件和所述铝合金部件。
13.另一方面，该方法还包括：在将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此焊接的同时，相对于激光焊接机移动夹具并使该激光焊接机固定。
14.另一方面，该方法还包括：在将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此焊接的同时，相对于所述夹具移动激光焊接机并使该夹具固定。
15.另一方面，在所述铁合金部件的结合面上沉积一铜合金材料层包括：采用激光沉积工艺在所述铁合金部件的结合面上沉积一铜合金材料层。
16.根据本公开涉及的几个方面，汽车配件包括：一种在其上加工有结合面的铁合金部件；沉积在所述铁合金部件的结合面上的一铜合金材料层；一种在其上加工有结合面的铝合金部件；在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面上的至少一铜合金材料层上形成的焊缝坡口；以及一种激光焊接在沉积于所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面上的铜合金层之间的铜合金填充材料，该铜合金填充材料使所述铜合金层彼此接合。
17.另一方面，所述焊缝坡口包括在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层中的至少一层上加工的倾斜角。
18.另一方面，所述倾斜角大于0度且小于或等于45度。
19.另一方面，所述铜合金填充材料的化学组分包括大约50％-大约70％铜，0％-大约30％镍，0％-大约10％铝，0％-大约10％铁，0％-大约8％锰，0％-大约10％硅，以及大约0.1％-大约0.5％钛。
20.另一方面，所述沉积在铁合金部件的结合面的铜合金材料层与所述铜合金填充材料的化学组分相同。
21.另一方面，所述沉积在铁合金部件的结合面的铜合金材料层的化学组分中的镍含量低于所述铜合金填充材料。
22.另一方面，该铜合金材料层采用激光沉积工艺被沉积在所述铁合金部件的结合面上。
23.根据本公开涉及的几个方面，汽车配件包括：一种在其上加工有结合面的铁合金部件；采用激光沉积工艺沉积在所述铁合金部件的结合面上的一铜合金材料层；一种在其上加工有结合面的铁合金部件；由一小于或等于45度的倾斜角所界定的焊缝坡口，该倾斜角在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层中的至少一层上加工；以及一种激光焊接在沉积于所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层之间的铜合金填充材料，该铜合金填充材料使所述铜合金材料层彼此接合。所述铜合金填充材料的化学组分包括大约50％-70％铜，0％-大约30％镍，0％-大约10％铝，0％-大约10％铁，0％-大约8％锰，0％-10％硅，以及大约0.1％-大约0.5％钛。
24.根据在此提供的说明，适用领域将变得更加明显。应当清楚，本说明与具体示例仅用于说明，并非用以限制本公开的范围。
附图说明
25.在此描述的附图仅用于图示，无意于以任何方式限制本公开的范围。
26.图1为根据本公开示例性实施例提供的汽车配件的透视图；
27.图2为沿图1中2-2线所取得的剖面图；
28.图3为图2中由3的虚线圈所标记的一部分的放大图；
29.图4为将所述铝合金部件与所述铁合金部件焊接在一起之前的类似于图3的放大图；
30.图5为图示出根据示例性实施例将铁合金制成的部件焊接到铝合金制成的部件的方法的流程图。
具体实施方式
31.以下说明实际仅仅是例示性的，并非用以限制本公开、应用或使用。
32.参照图1和图2，汽车配件10包括焊接在铝合金部件14上的铁合金部件12。如图1和图2所示，汽车配件10为在其上焊接有齿轮的轮毂。轮毂由铝合金制成，以减轻重量。齿轮由钢制成，以为轮齿提供所需强度和耐用性。
33.参照图3，铝合金部件14具有加工在其上的结合面16，铁合金部件12具有加工在其上的结合面18。为准备将铁合金部件12和铝合金部件14在对应的结合面16、18处焊接在一起，铁合金部件12和铝合金部件14的结合面16、18是已经加工和清洗过的表面。
34.铁合金部件12的结合面18包括在其上沉积的一铜合金材料层20。焊缝坡口22形成于沉积在铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20中的至少一层上。铜合金填充材料24被激光焊接在沉积于铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16上的铜合金层20之间，并使铜合金层20彼此接合。
35.铜合金材料层20很好地与铁合金部件12结合，并使铁合金部件12的结合面18与铜合金材料层20牢固地粘结在一起。在一实施例中，通过激光沉积将铜合金材料层20沉积到铁合金部件12的结合面18上。
36.铜合金填充材料24的化学组分包括大约50％-70％铜，0％-大约30％镍，0％-大约10％铝，0％-大约10％铁，0％-大约8％锰，0％-大约10％硅，以及大约0.1％-大约0.5％钛。用这种高镍含量的铜合金填充材料24填充焊缝坡口22，并与沉积在铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20很好地结合，以此使铁合金部件12与铝合金部件14高度熔合。
37.参照图4，焊缝坡口22在焊接前包括在沉积在铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20中的至少一层上加工的倾斜角26。焊缝坡口22在沉积于铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20之间设计了一间隙，以使铜合金填充材料24粘结到沉积在铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20的整个区域。在一实施例中，倾斜角26大于0度且小于或等于45度。
38.在一个实施例中，沉积在铁合金部件12的结合面18的铜合金材料层20与铜合金填充材料24的化学组分相同。在另一实施例中，沉积在铁合金部件12的结合面18的铜合金材料层20的化学组分中的镍含量低于铜合金填充材料24。铜合金填充材料24中的镍含量越高，在铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20之间的强度和可焊性就越强。
39.参照图4，展示出了将铁合金制成的部件焊接到铝合金制成的部件的方法100的流程图。从框110开始，所述方法100包括：加工和清洗铁合金部件12上的结合面18；在框112处，加工和清洗铝合金部件14上的结合面16。移到框114处，所述方法包括在铁合金部件12的结合面18上沉积一铜合金材料层20。在一实施例中，在铁合金部件12的结合面18上沉积铜合金材料层20包括：采用激光沉积工艺在铁合金部件12的结合面18上沉积铜合金材料层20。
40.移到框116处，所述方法100包括：在沉积在铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16的铜合金材料层20中的至少一层上形成焊缝坡口22。
41.在一实施例中，焊缝坡口22由把沉积在铁合金部件12的结合面18和铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20中的至少一层加工成的倾斜角26形成。在另一实施例中，倾斜角26大于0度且小于或等于45度。
42.移到框118处，方法100包括将沉积在铁合金部件12的结合面18与铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20彼此激光焊接。
43.在一实施例中，通过使用铜合金填充材料24激光焊接，将铁合金部件12与铝合金部件14激光焊接，以将沉积在铁合金部件12的结合面18与铝合金部件14上的铜合金材料层20彼此接合。
44.在另一实施例中，铜合金填充材料24的化学组分包括大约50％-70％铜，0％-30％镍，0％-大约10％铝，0％-大约10％铁，0％-大约8％锰，0％-大约10％硅，以及大约0.1％-大约0.5％钛。沉积在铁合金部件12的结合面18的铜合金材料层20与铜合金填充材料24的化学组分相同。或者，沉积在铁合金部件12的结合面18的铜合金材料层20的化学组分中的镍含量低于铜合金填充材料24。
45.在彼此焊接沉积于铁合金部件12的结合面18与铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20时，焊接激光器在激光焊接过程中聚焦于铜合金填充材料24。这样做是为了避免铝合金部件14的结合面16过热。
46.移到框120处，为确保在焊接过程中，铁合金部件12与铝合金部件14能保持彼此在适当方向上的相对位置，方法100还可能包括在将沉积在铁合金部件12的结合面18与铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20彼此激光焊接之前，将铁合金部件12和铝合金部件14放置在夹具内，以相对地固定铁合金部件12和铝合金部件14。
47.移到框122处，夹具适于相对于固定的焊接机移动，所述方法100包括在将沉积在铁合金部件12的结合面18与铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20彼此焊接的同时，相对于激光焊接机移动夹具并使该激光焊接机固定。
48.或者，移到框124处，夹具可以是固定的，并且激光焊接机适于相对于夹具移动。其中，所述方法100包括在将沉积在铁合金部件12的结合面18与铝合金部件14的结合面16上的铜合金材料层20彼此焊接的同时，相对于该夹具移动激光焊接机并使该夹具固定。
49.根据本公开的一种将铁合金制成的部件焊接到铝合金制成的部件的方法具有在铁合金部件12和的铝合金部件14之间形成强熔合粘结，并且不存在脆性铝/铁金属间相的优点，如果直接焊接铁合金部件12至铝合金部件14时则会形成该无脆性铝/铁金属间相。
50.本公开说明实际仅仅是例示性的。在不违背本公开的主旨下，各种变化应在本公开范畴内。并且这些变化不应被视为违背了本公开的精神和范畴。

技术特征：
1.一种将铁合金制成的部件焊接到铝合金制成的部件的方法，所述方法包括：加工和清洗铁合金部件上的结合面；加工和清洗铝合金部件上的结合面；在所述铁合金部件的结合面上沉积一铜合金材料层；在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面的铜合金材料层中的至少一层上形成一焊缝坡口；将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接。2.如权利要求1所述的方法，其中，在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面的铜合金材料层中的至少一层上形成一焊缝坡口还包括：在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面的铜合金材料层中的至少一层上加工一倾斜角。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述倾斜角大于0度且小于或等于45度。4.如权利要求3所述的方法，其中，将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接还包括：通过使用铜合金填充材料激光焊接，将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接，以将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件上的铜合金材料层彼此接合。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述铜合金填充材料的化学组分包括：大约50％-大约70％铜；0％-大约30％镍；0％-大约10％铝；0％-大约10％铁；0％-大约8％锰；0％-大约10％硅；以及大约0.1％-大约0.5％钛。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述沉积在铁合金部件的结合面的铜合金材料层与所述铜合金填充材料的化学组分相同。7.如权利要求5所述的方法，其中，所述沉积在铁合金部件的结合面的铜合金材料层的化学组分中的镍含量低于所述铜合金填充材料。8.如权利要求4所述的方法，其中，通过与铜合金填充材料激光焊接将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接，以将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件上的铜合金材料层彼此接合还包括：在激光焊接过程中，将激光焊接束聚焦于所述铜合金填充材料，以避免所述铝合金部件的结合面过热。9.如权利要求4所述的方法，还包括在将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接之前，将所述铁合金部件和所述铝合金部件放置在夹具内，以相对地固定所述铁合金部件和所述铝合金部件。10.如权利要求9所述的方法，还包括在将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此焊接的同时，相对于激光焊接机移动夹具并使该激
光焊接机固定。

技术总结
一种将铁合金制成的部件焊接到铝合金制成的部件的方法，包括：加工和清洗铁合金部件上的结合面；加工和清洗铝合金部件上的结合面；在所述铁合金部件的结合面上沉积一铜合金材料层；在沉积在所述铁合金部件的结合面和所述铝合金部件的结合面的铜合金材料层中的至少一层上形成一焊缝坡口；将沉积在所述铁合金部件的结合面与所述铝合金部件的结合面上的铜合金材料层彼此激光焊接。铜合金材料层彼此激光焊接。铜合金材料层彼此激光焊接。


技术研发人员：H
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2021.03.29
技术公布日：2022/5/25