[發明專利]一種用于異種金屬材料的超聲輔助激光焊接裝置及方法

有效

• 申請號: 201611244568.3
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106914700B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 孫超;楊斌;郝長嶺;羅輝;馮萃峰
• 申請（專利權）人: 中國航天時代電子公司
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70;B23K26/323
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

本發明公開了一種用于異種金屬材料的超聲輔助激光焊接裝置及方法，本發明通過在激光焊接的旋轉夾緊工裝中引入超聲激振器，在焊接過程中，實現了對異種金屬焊件施加頻率從15K～2MHz的超聲激振，提高了異種金屬焊件的一次成功率，降低了生產成本，提高了生產效率；通過采用異種金屬材料超聲輔助激光焊接工藝，提高了試件的密封性能，可達到小于1×10^?9Pa m³/S的漏率水平。

技術領域

本發明涉及一種用于異種金屬材料的超聲輔助激光焊接裝置及方法，用于提升金屬激光焊接性能。

背景技術

異種金屬激光焊接存在相互溶解度、熔點、線膨脹系數不同等問題，易產生裂紋和脆性金屬間化合物。相對于其他焊接方法，激光焊接具有能量密度高、熱量集中、熱源易控制、焊縫深寬比大、熱影響區窄及焊接變形小等優點，是異種金屬焊接可供選擇的連接方法之一，但對于具高結合強度、高氣密要求的異種金屬連接，如非導磁金屬白銅和導磁金屬電工純鐵，密封性往往通過單純的激光焊接很難保證。

為滿足異種金屬激光焊縫的強度和密封設計要求，需改善異種金屬焊接激光封焊的焊接應力水平，控制微裂紋的產生。

高功率超聲振動可提供更小的波長和更多的振動能量，在固體中有很高的傳輸效率，同時微米級的振動幅值不會影響待焊件的夾持狀態。如能將高頻超聲激振有效傳遞到激光焊縫熔池，并能夠對激振波長、激振能量、激振時間等做到量化控制，將拓寬異種金屬激光焊適用范圍，大大改善激光焊封的焊接質量，在異種金屬構件的激光焊接領域將起到積極的作用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題：為克服現有技術的不足，提供一種用于異種金屬材料的超聲輔助激光焊接裝置及方法，以釋放焊接過程中的應力，避免結構焊縫后期開裂，保證氣密性能。

本發明的技術解決方案：

一種用于異種金屬材料的超聲輔助激光焊接裝置，包括基座、第一頂具、第二頂具、步進電機、壓電陶瓷和超聲激振器，在基座上開有同軸的第一通孔和第二通孔，第一頂具置于第一通孔中，步進電機的軸與第一頂具固連，第二頂具置于第二通孔中，異種金屬焊件置于第一頂具與第二頂具之間，壓電陶瓷置于第二頂具與異種金屬焊件之間，與異種金屬焊件間接觸的壓電陶瓷面上設置有匹配層，第二頂具可以軸向移動，實現對異種金屬焊件壓力的調整，第二頂具中心位置為通孔結構，超聲能量傳輸線穿過第二頂具通孔結構，實現超聲激振器與壓電陶瓷的電連接，

步進電機轉動，帶動第一頂具、異種金屬焊件、第二頂具同步轉動，在同步轉動過程中，超聲激振器通過壓電陶瓷，對異種金屬焊件施加縱向振動。

基座的第一通孔和第二通孔中設置軸承，第一頂具和第二頂具與軸承過盈配合，實現第一頂具和第二頂具在第一通孔和第二通孔中的自由轉動。

在第二頂具上加工有外螺紋，在螺紋上套裝鎖緊螺母，調整鎖緊螺母，實現第二頂具的軸向移動，進而實現對異種金屬焊件壓力的調整。

步進電機轉速范圍為0.5mm/s～50mm/s；

壓電陶瓷厚度為0.5mm～10mm。

壓電陶瓷振動頻率為15K～2MHz。

壓電陶瓷兩端電壓幅值范圍為20V～2000V。

一種用于異種金屬材料的超聲輔助激光焊接方法，具體步驟為：

(1)將異種金屬焊件裝入第一頂具與第二頂具之間，調整第二頂具的軸向位移，夾緊異種金屬焊件；

(2)調整基座，使激光頭對準異種金屬焊件焊縫最高點，將裝置放置于激光焊接工作平臺上，調整好裝置與激光焊頭的位置關系；