[發明專利]一種隨焊超聲振動的激光焊接方法

有效

• 申請號: 201910029414.X
• 申請日: 2019-01-13
• 公開（公告）號: CN109759700B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 吳東江;劉俊;馬廣義;劉德華;唐博凱
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種隨焊超聲振動的激光焊接方法，屬于焊接領域。該方法在焊接過程中施加預熱，并在熔池后方一定距離的焊縫正面施加超聲振動；預熱溫度T與超聲頭頂端到焊接位置的距離d存在對應關系，二者關系表達為：T＝30d?40，其中T單位為℃，d單位為mm；超聲施加的位置、功率和力根據預熱溫度下材料力學性能進行調整。本發明可以有效減小焊接殘余應力，減少氣孔和裂紋，從而提高焊縫的疲勞性能，減小焊接變形。進行預熱能有效減小冷卻過程的溫度梯度，減小殘余應力；且能提高超聲施加區域的塑性，使超聲的效果更好。超聲沖擊可以有效減小殘余應力、細化晶粒并減少氣孔和裂紋，從而提高焊縫的疲勞性能；焊縫金屬塑性延展可以有效減小焊接變形。

技術領域

本發明屬于焊接領域，涉及一種隨焊超聲振動的激光焊接方法。

背景技術

焊接是一種局部加熱和冷卻的加熱和冷卻過程。加熱時，焊縫周圍金屬膨脹，在夾具的約束作用下產生壓縮塑性形變。冷卻時，這部分金屬收縮產生拉伸塑性形變、彈性形變以及拉應力，冷卻到室溫后仍然存在的應力就是殘余應力。當焊接結束松開夾具后，殘余應力重新分布，焊縫附近拉應力減小，遠離焊縫區域產生壓應力。在應力的作用下，工件產生撓曲變形。可見，焊接變形的主要原因是焊接殘余應力。殘余應力不僅會產生變形，而且會使承載時的載荷增大，不利于焊縫的疲勞性能。

工件在焊接后難免會產生殘余應力，殘余應力的產生會造成焊接變形，且會使焊縫的疲勞性能降低。因此，在焊接結構中減小或消除殘余應力非常重要。盡管已經探索了許多用于減少或消除殘余應力的方法，但是它們通常在焊接之后單獨進行，這對于大型焊接件來說效率較低且難以處理；而新開發的方法雖然在焊接過程中進行，但難以有效地消除殘余應力。傳統的隨焊超聲技術雖然可以消除殘余應力，但有些焊接方法和材料的高溫塑性區很小且距離熔池很近，因此很難將超聲施加在高溫塑性區上。

中國專利CN 104726687B公開了一種隨焊超聲沖擊減小或消除焊接變形及殘余應力的方法與裝置，該專利設計了一種在焊縫背面施加超聲沖擊以減小變形和殘余應力的裝置。但超聲沖擊施加于工件背面，工藝系統復雜。

中國專利CN107299197A公開了一種消除焊接殘余應力和變形的隨焊超聲滾壓方法，該專利通過超聲滾壓產生的壓力和超聲波能量降低焊接殘余應力和焊接變形。但是該方法需要將滾壓輪安放在焊縫的高溫塑性區，一些焊接方法(如激光焊、電子束焊)焊縫的高溫塑性區較窄，滾壓輪的制造與安裝工藝復雜。

山東大學李棟的學位論文“正面隨焊超聲沖擊對焊接殘余應力與變形的影響”中采用隨焊超聲沖擊的方法來改善變形，實驗發現沖擊施加位置與熱源間隔45mm時變形改善效果最好。但該方法熱源與沖擊位置距離較大，難以應用與小尺寸件。

哈爾濱工業大學陳琪昊在“隨焊超聲沖擊對2A14鋁合金TIG焊接接頭顯微組織和力學性能的影響”中使用隨焊超聲沖擊技術改善2A14鋁合金焊接接頭的顯微組織。沖擊頻率為2Hz，頻率較低，焊縫均勻性受到影響。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提出了一種隨焊超聲振動的激光焊接方法，降低了焊接過程產生的殘余應力，減少了氣孔裂紋的產生，提高了焊縫的疲勞性能，減小了焊接變形。該方法為隨動且工具頭與熱源距離較小，可以適用于大部分尺寸工件的焊接。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種隨焊超聲振動的激光焊接方法，該方法焊接過程中施加預熱，并在熔池后方一定距離的焊縫正面施加超聲振動，用于減小殘余變形并改善疲勞性能，具體步驟如下：