[发明专利]超声波非接触式辅助激光焊接的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，具体涉及超声波非接触式辅助激光焊接的方法。

背景技术

钛合金、铝合金等有色金属目前是工业中应用较为广泛的金属结构材料在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对这种材料的焊接结构件的需求日益增多，也使对其的焊接性研究也随之深入。

激光焊接技术是在上世纪70年代发展起来的，并且80年代在欧洲、美国、日本获得了广泛的关注。它是利用激光所具有的超高的功率密度作为焊接热源，对母材进行熔化实现连接的，具有其热输入小、深宽比大、工件变形小、易于实现自动化等优势，目前已经广泛用于汽车、飞机、国防等行业当中。

激光焊接钛合金，铝合金等金属时，容易产生气孔、热裂纹、接头软化等缺陷，影响了激光焊接这种先进工艺在钛合金、铝合金等金属的应用。因此对这些金属的激光焊接技术正成为研究的热点之一。

发明内容

本发明要解决现有激光焊接钛合金，铝合金等金属中出现的容易产生气孔、热裂纹、接头软化等技术问题；而提供超声波非接触式辅助激光焊接的方法。

本发明中超声波非接触式辅助激光焊接的方法是按下述步骤进行的：

一、对待焊接的金属工件表面进行处理直到待焊面上露出光亮的金属本色为止(去掉氧化膜、油脂)，待焊接的金属工件为钛合金或铝合金；

二、将经步骤一处理的待焊接的金属工件进行接头连接，并刚性固定；

三、然后采用氩气作保护气、CO₂激光器作为激光源进行激光焊接，并且焊接过程中将超声波施加在激光焊接所产生的熔池处，所述超声波由悬空放置的功率超声波发生装置产生，超声波发生装置的超声变幅杆最低端不接触待焊接的金属工件，而且超声波发生装置的超声变幅杆倾斜并位于激光束侧面，与激光束夹角a在30°～60°之间，超声波的工作频率为20～40KHz；即完成超声波非接触式辅助激光焊接；其中步骤三所述激光焊接的工艺参数：激光功率P＝1～3kW，扫描速度V＝1m/min，离焦量f＝0mm。

本发明方法使用超声波在熔池内产生的空化作用和破碎作用可以细化焊缝的晶粒，进一步提高焊缝的力学性能；并且超声波的高频振动可以在熔池内部产生一定的搅拌作用，另外由于超声波自身的空化作用，这些都有利于液态金属中气体的充分溢出，减少或避免了气孔的产生；相比于接触式超声辅助，这种方法由于超声波工具头不用与工件发生接触，使其的使用范围更加广泛，便于实现全方位自动化柔性焊接，提高效率。

附图说明

图1是具体实施方式八中深熔焊方式连接的超声波非接触式辅助激光焊接示意图；图2是具体实施方式八中LF6铝焊后的接头形貌图；图3是具体实施方式九中接头为搭接方式连接的超声波非接触式辅助激光焊接示意图；图4是具体实施方式九中Ti6Al4V焊后的接头组织形貌图；图1和图3中1表示激光，2表示超声变幅杆，3表示焊缝，4表示工件，图3中5表示搭接时的工件下板。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中超声波非接触式辅助激光焊接的方法是按下述步骤进行的：

一、对待焊接的金属工件表面进行处理直到待焊面上露出光亮的金属本色为止，待焊接的金属工件为钛合金或铝合金；

二、将经步骤一处理的待焊接的金属工件进行接头连接，并刚性固定；

三、然后采用氩气作保护气、CO₂激光器作为激光源进行激光焊接，并且焊接过程中将超声波施加在激光焊接所产生的熔池处，所述超声波由悬空放置的功率超声波发生装置产生，超声波发生装置的超声变幅杆最低端不接触待焊接的金属工件，而且超声波发生装置的超声变幅杆倾斜并位于激光束侧面，与激光束夹角a在30°～60°之间，超声波的工作频率为20～40KHz；即完成超声波非接触式辅助激光焊接；其中步骤三所述激光焊接的工艺参数：激光功率P＝1～3kW，扫描速度V＝1m/min，透镜焦距f＝0mm。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二所述接头连接方式为搭接或深熔焊。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中所述超声波发生装置的超声变幅杆与激光束夹角a在35°～55°。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。