[發明專利]一種基于脈沖激光預處理的異種合金激光熔釬焊接方法

有效

• 申請號: 202110678801.3
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113369619B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 蔣平;趙津田;耿韶寧;許博安;王逸麟;任良原
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K1/005
• 分類號: B23K1/005;B23K1/20;B23K103/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;尚威

本發明屬于激光熔釬焊接領域，并具體公開了一種基于脈沖激光預處理的異種合金激光熔釬焊接方法，其包括步驟：S1、對A合金端面進行脈沖激光處理，使該A合金端面凹凸不平；S2、將A合金端面與B合金端面對接后進行激光熔釬焊，焊接時，激光作用在B合金一側，使B合金熔化并填充至A合金凹凸不平的端面中，實現異種合金焊接；A合金的熔化溫度高于B合金。本發明在焊接前，對熔化溫度較高合金側端面預先進行脈沖激光處理，使得連接界面由平直轉為彎曲不平，在熔化溫度較低合金側進行激光熔釬焊，可在提高有效連接面積的同時，降低金屬間化合物層厚度，改變金屬間化合物相分布，顯著提升異種合金的接頭強度，實現高質量的異種合金焊接。

技術領域

本發明屬于激光熔釬焊接領域，更具體地，涉及一種基于脈沖激光預處理的異種合金激光熔釬焊接方法。

背景技術

異種金屬連接結構能夠兼顧不同種類金屬的優勢，但目前異種金屬連接存在很多問題。以鈦-鋁連接為例，鈦-鋁復合結構兼顧了鈦合金比強度高、高溫性能好、斷裂韌性高等優點和鋁合金密度低、成形性好、性價比高等優點，可滿足高端裝備結構輕量化、結構/功能一體化的要求，在大型飛機機翼結構、航天器管路系統、高鐵及汽車等交通運輸裝備上具有重要的應用前景。焊接是制造Ti/Al復合結構的重要連接工藝，但Ti/Al焊接時，會在界面處反應生成TiAl₃、TiAl和Ti₃Al等脆性金屬間化合物(IMC即脆性相)，致使接頭強度、韌性等力學性能下降，難以滿足服役要求。現有研究表明，這些脆性相既是Ti/Al界面結合的保證，又是接頭斷裂的根源。因此，脆性相成分及含量的控制是Ti/Al焊接研究的核心。

為解決異種金屬連接難題，國內外研究學者開展了較多研究，發展了多種焊接工藝方法，主要包括：攪拌摩擦焊、擴散焊、爆炸焊、超聲波焊、釬焊、熔釬焊等。相比于其他方法，激光熔釬焊具有工藝簡單、適應性強等特點，得到了廣泛研究。當前工藝研究主要是通過控制激光功率、焊接速度等工藝參數來控制脆性相含量，但由于可調參數制約，調控效果受限。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于脈沖激光預處理的異種合金激光熔釬焊接方法，其目的在于，提高異種合金有效連接面積，同時降低焊接后IMC層厚度，從而提升異種合金焊接接頭強度。

為實現上述目的，本發明提出了一種基于脈沖激光預處理的異種合金激光熔釬焊接方法，包括如下步驟：

S1、對A合金端面進行脈沖激光處理，使該A合金端面凹凸不平；

S2、將A合金端面與B合金端面對接后進行激光熔釬焊，焊接時，激光作用在B合金一側，使B合金熔化并填充至A合金凹凸不平的端面中，實現異種合金焊接；其中，A合金的熔化溫度高于B合金。

作為進一步優選的，所述A合金為鈦合金，所述B合金為鋁合金。

作為進一步優選的，脈沖激光處理參數為：激光功率60w～120w，掃描速度4mm/s～8mm/s，激光頻率20kHz～40kHz，線寬50mm～100mm。

作為進一步優選的，脈沖激光處理后鈦合金端面起伏范圍為5mm～10mm范圍內。

作為進一步優選的，激光熔釬焊參數為：激光功率3.5kw～3.8kw，焊接速度60mm/s～80mm/s，激光光束向鋁合金一側的偏移量為0.6mm～0.8mm。

作為進一步優選的，所述A合金的熔化溫度比B合金的熔化溫度高800℃以上。

作為進一步優選的，進行激光熔釬焊時，采用夾具將A合金和B合金夾緊。

作為進一步優選的，對A合金端面進行脈沖激光處理前，先對A合金和B合金進行預處理，包括如下步驟：對A合金和B合金進行打磨，然后在丙酮溶液中進行超聲清洗，最后清洗干凈并吹干。