[發明專利]基于波形調制的鉬及鉬合金對接接頭的脈沖激光焊接方法

有效

• 申請號: 201710812634.0
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107378248B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 張林杰;裴俊宇;寧杰;白清林;楊健楠;劉江哲;盧廣峰;張貴鋒;殷咸青;張建勛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K26/32
• 分類號: B23K26/32;B23K26/12;B23K26/70;B23K103/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種基于波形調制的鉬及鉬合金對接接頭的脈沖激光焊接方法，包括以下步驟：調節激光焊接頭，使激光焊接頭發出激光光束的軸線與豎直方向的夾角為0°～10°，然后在氬氣的保護下，通過電阻加熱板對待焊板材的待焊區域進行預熱，使待焊板材上待焊區域的溫度高于母材的韌脆轉變溫度；開啟激光器，采用梯形脈沖波形對激光器進行功率調制，激光器發出的激光脈沖沿焊接方向進行移動，完成待焊板材的焊接，得焊接后的工件，完成基于波形調制的鉬及鉬合金對接接頭的脈沖激光焊接，該焊接方法能夠改善鉬和鉬合金脈沖激光焊接過程中的小孔穩定性，抑制氣孔缺陷，提高鉬及鉬合金對接接頭的脈沖激光焊焊縫質量。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，涉及一種基于波形調制的鉬及鉬合金對接接頭的脈沖激光焊接方法。

背景技術

鉬及鉬合金是高溫難熔金屬合金，具有高強度、膨脹系數小、導電性好及耐腐蝕等特點，廣泛運用在國防軍工、航空航天和民用等領域，并已用于各種高新產品的研發：應用于半導體陶瓷基板、核燃料用UO₂的燒結板材的耐高溫抗變形鉬板；應用于軍工、電子電器工業、核能源設備以及醫療器械領域的高性能TZM鉬合金板材；以及應用于電子束濺射靶材、離子注入機零件、半導體散熱元件的高純鉬板材等。

鉬及鉬合金材料作為結構件實際使用時往往需要焊接，但其焊接面臨以下主要問題：由氣體雜質污染引起的性能變化和熱循環造成的顯微結構變化，出現的缺陷主要是氣孔和裂紋。一方面，常溫下鉬及其合金較穩定，520℃以上開始緩慢氧化且隨溫度的升高其吸收氧的能力顯著上升，當氣體吸入量高時易引起焊縫氣孔。另一方面，鉬及鉬合金在熔釬焊高溫條件下，由于再結晶過程以及無固態相變，致使晶粒粗大。晶粒粗大致使鉬及鉬合金焊縫的力學性能不理想。焊接時焊點區域因高溫作用而產生熱應力，形成顯微缺陷(如氣孔)在熱應力作用進一步發展，導致焊接裂紋傾向增大，甚至引發脆斷。

激光焊接作為一種低熱輸入的精密焊接方法，用于鉬及鉬合金焊接具有多重優勢。其激光光源能量密度高，熱輸入小，焊接速度快，可獲得熱影響區小、晶粒相對細小的焊縫。而脈沖激光作為非連續的周期性激光熱源，又有其特點。脈沖焊接過程中，后一個脈沖對前一個脈沖的二次加熱作用，會使兩個脈沖光斑重疊區域的晶粒發生重熔，相較于連續激光焊，可起到細化晶粒的作用。

相較于傳統焊接，脈沖激光焊雖然一定程度上可以有效地改善鉬及鉬合金焊接過程中晶粒粗大的問題，但由于鉬及鉬合金本身的理化特性和激光焊的特點，氣孔問題仍然明顯。在激光焊接中，為得到一定熔深的焊縫，焊接模式為“深熔焊”，其本質特征是在焊接時存在匙孔效應。即激光功率大于閾值時，母材表面迅速熔化及氣化，隨之產生的高溫金屬蒸汽對金屬表面施加反沖作用力，克服液態金屬的表面張力并把熔融的金屬吹向四周，形成匙孔。由于匙孔的存在，熔池對激光的吸收率大大提高，使焊縫熔深得到極大提高。但匙孔在焊接過程中處于開放狀態，熔池會卷入氣體，再加上鉬及鉬合金高溫下對氧氣、氮氣的吸收率急劇提升，因此鉬及鉬合金激光焊接過程中熔池易卷入氣體；同時焊接過程中熔池處于周期性變化，液態金屬從前沿向后沿流動，加上金屬蒸發造成的擾動，有可能將小孔攔腰折斷，使卷入熔池的氣體滯留在焊縫當中而產生氣孔。圖5為不進行波形調制下的鉬及鉬合金脈沖激光焊縫表面形貌及橫截面顯微組織，可以觀察到焊縫表面成型差，橫截面中存在明顯的氣孔，因此需要設計出一種焊接方法，以改善小孔的穩定性，抑制氣孔缺陷，提高焊縫的質量。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種基于波形調制的鉬及鉬合金對接接頭的脈沖激光焊接方法，該焊接方法能夠改善鉬和鉬合金脈沖激光焊接過程中的小孔穩定性，抑制氣孔缺陷，提高鉬及鉬合金對接接頭的脈沖激光焊焊縫質量。

為達到上述目的，本發明所述的基于波形調制的鉬及鉬合金對接接頭的脈沖激光焊接方法包括以下步驟：

1)對待焊板材進行預處理，再將待焊板材通過夾具夾持于基座上，其中，基座上開設有底槽，底槽內設置有電阻加熱板，待焊板材覆蓋于底槽上，待焊板材的材質為鉬或鉬合金；