[發(fā)明專利]一種金屬焊接頭的超快激光差異微納米織構(gòu)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810307197.1
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108406093B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙萬芹;王凌志;楊瑾;陳捷獅;于治水;秦優(yōu)瓊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31293
• 代理人: 吳瑾瑜

本發(fā)明屬于激光微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬焊接頭的超快激光差異微納米織構(gòu)方法，為基于超快激光精確選區(qū)、形貌可控的差異性功能化微納米織構(gòu)技術(shù)，以超快激光為能量源，針對金屬焊接接頭不同區(qū)域(焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū))差異性的物相成分和微觀組織結(jié)構(gòu)進行針對性的功能化微納米織構(gòu)，進而實現(xiàn)對接頭表面及端面區(qū)域的表面改型和改性，進而提高金屬焊接頭表面及端部區(qū)域的耐腐蝕和抗磨損性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬焊接頭的超快激光差異微納米織構(gòu)方法。

背景技術(shù)

金屬材料的焊接是以加熱、高溫或者高壓的方式接合同種或異種金屬并實現(xiàn)永久性連接的一種制造工藝及技術(shù)，在航空航天、汽車制造、輪船制造等多個領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。金屬焊接的方法主要包括熔焊、釬焊和攪拌摩擦焊等。其中，熔焊是通過加熱使結(jié)合件的局部熔化形成熔池，熔池冷卻凝固后使得結(jié)合件相互連接，在熔焊中，根據(jù)需要還可能在加熱焊接件的同時填充其它焊接材料輔助焊接。釬焊的主要特點是采用比焊接件熔點低的金屬材料作為釬料，通過加熱使釬料熔化潤濕不熔化的母材，同時，熔化后的釬料將填充在接頭區(qū)域并與母材相互擴散實現(xiàn)焊接。攪拌摩擦焊是通過一個柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)并緩慢插入工件，在攪拌頭和被焊接材料產(chǎn)生的摩擦熱作用下攪拌頭鄰近區(qū)域的材料開始塑化，當(dāng)攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動時，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦生熱和鍛壓共同作用下，形成固相連接接頭。

對于金屬材料的焊接，不論采用何種方式，焊接后均存在接頭區(qū)，且根據(jù)接頭不同區(qū)域的物相成分和微觀組織結(jié)構(gòu)，焊接接頭被分為焊縫區(qū)、熱影響區(qū)(攪拌摩擦焊焊接接頭還存在熱機械影響區(qū))和母材區(qū)。其中，焊縫區(qū)材料的變化表現(xiàn)為從固態(tài)變成液態(tài)再凝固結(jié)晶成固態(tài)，結(jié)晶過程中，由于焊接熱作用的影響，焊縫區(qū)的晶粒普遍較母材區(qū)更加的細(xì)小，焊縫中心普遍為細(xì)小的等軸晶，焊縫區(qū)邊緣晶粒成長方向沿?zé)崃鞯姆捶较虺蔀橹鶢罹ВM一步，由于熱作用的影響還可能導(dǎo)致焊縫區(qū)的晶格畸變，同時，晶粒特別是晶界處普遍有新的析出相，使得焊縫區(qū)的化學(xué)成分發(fā)生變化。熱影響區(qū)雖然始終為固態(tài)但由于熱作用的影響使得晶粒變大，在晶粒內(nèi)部及晶界處也可能有新的析出相。最后，母材區(qū)雖然也會有一定的熱作用但不會對材料的組織及化學(xué)成分等有任何的影響。總之，焊接接頭是同一基體但帶有差異性微觀組織結(jié)構(gòu)的獨特區(qū)域，材料的物相成分和微觀組織結(jié)構(gòu)，如化學(xué)成分、組織結(jié)晶形態(tài)(晶粒形態(tài)和大小、晶格畸變等)、析出相成分及分布等均有不相同。再者，焊接接頭各區(qū)域間為復(fù)雜的曲線，各區(qū)域均呈無規(guī)則狀。正是由于各個區(qū)域物相成分和微觀組織結(jié)構(gòu)的不同，使得焊接接頭特別是熱影響區(qū)的耐腐蝕性及抗磨損性較母材區(qū)弱。腐蝕和磨損是材料失效的主要形式，因此，研究強化焊接接頭的耐腐蝕及抗磨損性的方法具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)難點，本發(fā)明提供一種金屬焊接頭的超快激光差異微納米織構(gòu)方法，以超快激光為能量源，針對焊接頭不同區(qū)域(焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū))差異性的物相成分和微觀組織結(jié)構(gòu)針對性的選擇超快激光的功能化微納米織構(gòu)，實現(xiàn)焊接頭的表面及端面區(qū)域的表面改型和改性，達到耐腐蝕抗磨損的功效。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種金屬焊接頭的超快激光差異微納米織構(gòu)方法，步驟包括：(1)根據(jù)測量的經(jīng)預(yù)處理的金屬焊接頭的物相成分和微觀組織結(jié)構(gòu)，確定金屬焊接頭的焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)，及各區(qū)域在物相成分和微觀組織結(jié)構(gòu)上的差異；

(2)根據(jù)焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)各區(qū)域的物相成分和微觀組織結(jié)構(gòu)，差異化選取超快激光跨尺度微納米織構(gòu)，對焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)各區(qū)域內(nèi)的表面和/或端面進行超快激光織構(gòu)，以使焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)各區(qū)域內(nèi)的表面和/或端面的組織形貌統(tǒng)一化，和/或晶型及晶粒大小均一化，和/或晶粒細(xì)化，和/或形成均勻化的混晶，和/或改善畸變，和/或改變物相及物相成分，以實現(xiàn)焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)各區(qū)域內(nèi)的表面和/或端面組織的均勻化、連續(xù)化及互溶化。

所述超快激光跨尺度微納米織構(gòu)包括單周期納米波紋織構(gòu)、雙周期納米波紋織構(gòu)、微納米顆粒織構(gòu)或者復(fù)合微納織構(gòu)等。