[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙磁場(chǎng)和超聲波協(xié)同輔助激光深熔焊接裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110654742.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113385820B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 費(fèi)鑫江
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 紹興文理學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): B23K26/346
• 分類(lèi)號(hào): B23K26/346;B23K26/70
• 代理公司: 紹興市寅越專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 33285
• 代理人: 陳澤元

本發(fā)明提供一種雙磁場(chǎng)和超聲波協(xié)同輔助激光深熔焊接裝置，包括底座、工作臺(tái)、機(jī)械臂、激光焊接機(jī)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、焊接臺(tái)、超聲振動(dòng)機(jī)、交變電磁場(chǎng)線(xiàn)圈、交變電磁場(chǎng)電源、恒定電磁場(chǎng)線(xiàn)圈、恒定電磁場(chǎng)電源，利用超聲波和電磁場(chǎng)的共同作用，加速熔池內(nèi)氣體的逸出，抑制氣孔缺陷；同時(shí)，利用超聲波沖擊力與磁場(chǎng)電磁力的耦合作用，打碎金屬間脆性化合物和粗大晶粒，減少金屬間脆性化合物數(shù)量，細(xì)化晶粒，提高焊接質(zhì)量。建立磁場(chǎng)和超聲波協(xié)同作用下的激光深熔焊接傳熱、傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，揭示焊接過(guò)程中熔池傳熱和流動(dòng)的規(guī)律，研究超聲波和交變磁場(chǎng)對(duì)氣泡上浮速率以及穩(wěn)定磁場(chǎng)對(duì)熔池凝固速率的影響，重點(diǎn)剖析減小氣孔缺陷的機(jī)理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種雙磁場(chǎng)和超聲波協(xié)同輔助激光深熔焊接裝置。

背景技術(shù)

節(jié)能降耗和減輕環(huán)境污染已經(jīng)成為人類(lèi)面臨的共同問(wèn)題。減輕交通運(yùn)輸工具自身的重量可以有效地降低燃油的消耗以及排放，因此越來(lái)越多的輕金屬(如鋁合金、鎂合金等)被用到汽車(chē)、航空航天等運(yùn)載工具上。鎂和鋁是當(dāng)前地殼中分布比較廣泛的兩種金屬元素，其優(yōu)良性能越來(lái)越受到人們的關(guān)注。鎂合金具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、良好的抗震能力、抗輻射、易回收等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為新世紀(jì)的“綠色工程材料”。同樣，鋁合金因其具有質(zhì)量輕、塑性好、耐腐蝕性強(qiáng)、力學(xué)性能優(yōu)良和制造工藝相對(duì)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在交通運(yùn)輸行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

因此，鎂與鋁的連接問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)切。焊接是目前廣泛應(yīng)用的一種金屬連接手段。但是，由于鎂和鋁具有較高的化學(xué)活性和熱傳導(dǎo)性，二者的可焊性較差，這些已經(jīng)成為制約鎂鋁合金應(yīng)用的技術(shù)難關(guān)和亟待解決的問(wèn)題。目前，鎂鋁焊接存在的主要問(wèn)題歸納如下：

(1)氧化、夾雜、焊縫下榻和蒸發(fā)導(dǎo)致的焊接問(wèn)題。鎂和鋁的化學(xué)性能活潑，容易與氧結(jié)合生成MgO和Al₂O₃等氧化物。因MgO和Al₂O₃等氧化物的熔點(diǎn)高，在焊接過(guò)程中不容易熔化，極易形成夾雜，從而降低焊接接頭的強(qiáng)度；同時(shí)，鎂和鋁的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低，在大功率焊接過(guò)程中，容易造成合金元素的蒸發(fā)甚至燒損，容易造成焊縫塌陷，進(jìn)而造成焊接接頭強(qiáng)度的顯著降低。

(2)粗晶、熱應(yīng)力和裂紋導(dǎo)致的焊接問(wèn)題。鎂合金和鋁合金的熱導(dǎo)率較大，當(dāng)采用大功率熱源進(jìn)行焊接時(shí)，焊縫及其周?chē)鸁崃窟^(guò)高，容易導(dǎo)致晶粒粗大并發(fā)生枝晶偏析現(xiàn)象。此外鎂和鋁的熱膨脹系數(shù)較大，焊接過(guò)程中極易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，而且脆性區(qū)間溫度較寬，容易形成裂紋，進(jìn)而影響焊接接頭的力學(xué)性能。

(3)脆性金屬間化合物的形成問(wèn)題。鎂、鋁異種金屬焊接時(shí)易形成金屬間脆性化合物，焊縫中過(guò)多的金屬間脆性化合物會(huì)嚴(yán)重降低其力學(xué)性能。

(4)溶解度差異所導(dǎo)致的焊接問(wèn)題。鎂、鋁在液態(tài)時(shí)的相互溶解度較小，兩種金屬很難形成熔合區(qū)。此外，高溫時(shí)氣體在鎂鋁中溶解度較大，固態(tài)時(shí)溶解度很小，從而容易產(chǎn)生氣孔，降低熔合區(qū)的塑性和韌性。

因此，探索適合鎂-鋁異種金屬之間新的焊接方法，研究關(guān)鍵技術(shù)以及工藝問(wèn)題，對(duì)于徹底解決制約鎂-鋁異種金屬焊接應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，擴(kuò)大輕質(zhì)合金在軌道交通運(yùn)輸工具甚至航空航天領(lǐng)域上的應(yīng)用規(guī)模，大幅減小日益緊迫的環(huán)境污染和能源消耗壓力，具有非常重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。