[發明專利]一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法及系統

在審

• 申請號: 202210291979.7
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114589403A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 陳曦;姜夢;姜楠;何崇文;李方志;陳源;陳彥賓
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工大焊接科技有限公司
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/122;B23K26/70
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產權代理有限公司 42282
• 代理人: 任苗苗

本發明屬于激光焊接技術領域，并具體公開了一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法及系統。所述方法包括：對待焊接工件表面進行預處理；S2設置焊接工藝參數和隨形冷凝板的工作參數；S3集成超聲發生裝置，且激光頭與超聲發生裝置間隔布置；S4根據設定的焊接工藝參數，在真空環境中對工件進行焊接，所述激光頭按照預設的路徑和速度運動，所述隨形冷凝板工作，同時開啟超聲發生裝置，對工件的焊縫進行超聲振動；S5將工件進行指定溫度的再結晶退火。本發明精確調控焊接能量分布，同時協助自適應溫度調整的隨行冷凝板以及對焊縫隨行超聲處理，進而優化調控激光焊接成形與質量，改善組織性能均勻性，以降低激光焊接熱影響區并組織細化。

技術領域

本發明屬于激光焊接領域，更具體地，涉及一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法及系統。

背景技術

在熔化焊接過程中，金屬材料在熱源作用下發生熔化，形成焊縫，在焊縫金屬和母材之間，存在一定范圍的受焊接過程熱影響的區域，叫做熱影響區。焊縫區和熱影響區由于收到焊接熱循環的作用，其組織形態與母材不同，往往表現出組粗大，進而影響焊接接頭的服役性能。在很過實際工程應用中，往往對熱影響區寬度和焊縫組織形態存在一定要求。因此降低熱影響區寬度并細化焊縫區組織對于提升焊接接頭的服役性能具有重要的意義。

焊接熱輸入對于焊接熱影響區寬度和焊縫組織形態具有重要影響，近年來研究已經證實真空激光焊接可以顯著降低激光焊接熱輸入，相同焊接熱輸入下，真空激光焊接可以實現常規激光焊接的兩倍熔深以上。中國專利CN106271061B公開了一種非常規低溫氣體保護激光焊接方法，其采用低溫氣體保護的激光焊接方法，在常規激光焊接的基礎上，對焊接保護氣送氣裝置進行改進。然而該方法采用低溫保護氣對熔池及其附近進行保護及冷卻，氣氛環境要求高，難以控制，同時，仍需要對母材開坡口并且無法滿足對中厚板連接的一次成形，工藝較為復雜。專利文獻CN201210002191.6公開了一種真空激光焊接設備及方法，該方法工藝手段描述過于簡略，并且沒有利用擺動激光調諧能場，無法保證大厚度焊接接頭在厚度方向上的組織均勻性與性能一致性。

基于上述缺陷和不足，本領域亟需提出一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，直接對焊接基板進行隨時冷卻，同時對真空激光焊接的工藝參數進行尋優設計，并在焊后進行沖擊震動與熱處理再結晶退火的復合工藝，可以達到降低焊接熱影響區寬度并細化焊縫晶粒尺寸的目標。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法及系統，其中結合真空激光焊接自身的特征及其焊接工藝參數控制，相應設計了降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，通過高真空環境與擺動激光調諧能量場，在擺動過程中同步調控激光輸出功率大小，同時協助自適應溫度調整的隨行冷凝板對焊接基板進行隨時冷卻，以及超聲振動沖擊對焊縫隨行處理，從而精確調控焊接能量分布，進而優化調控激光焊接成形與質量，改善組織性能均勻性，以降低激光焊接熱影響區并組織細化，可以實現一次成形，具有更高的焊接質量，有效抑制羽輝、飛濺的產生，提高焊接穩定性，有效減少常見的氣孔、凹陷、背部焊瘤等缺陷。

因此，采用真空激光焊接并使用隨焊冷區基板可以明顯降低焊接熱輸入，提法冷卻速度，并在焊后進行沖擊震動與熱處理再結晶退火的復合工藝，可以達到降低焊接熱影響區寬度并細化焊縫晶粒尺寸的目標。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種降低激光焊接熱影響區并組織細化的焊接方法，包括以下步驟：

S1對待焊接工件表面進行預處理，然后將預處理后的工件放置在工作臺上，同時工件與工作臺之間設置有隨形冷凝板；

S2根據工件的材料以及工件的厚度設置焊接工藝參數，同時設置隨形冷凝板的工作參數；

S3在焊接用的激光頭上集成超聲發生裝置，且所述激光頭與超聲發生裝置間隔布置；