[发明专利]一种薄因瓦合金的焊接成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接技术，特别是一种薄因瓦合金的焊接成形方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，因瓦合金(Invar36)由于其较低的热膨胀系数特性，在航空航天、石化运输、IC装备制造产业得到了广泛的应用，如用于卫星定位设备基座、液化天然气恒温运输罐、飞机用复合材料模具、电子领域微波谐振腔和光刻机特定功能零部件等。而上述应用领域无一例外涉及到对因瓦合金的焊接加工，所以因瓦合金的焊接技术直接影响了上述应用领域零部件的制造精度和使用效果。目前可实现焊接厚度2mm以上因瓦合金材料的方法包括：电弧焊和埋弧焊，但焊接厚度0.5～2mm的因瓦合金材料目前尚未见报道。而且采用上述方法焊接时容易产生热裂纹，外加焊丝对成分的要求十分苛刻，薄板焊接过程对电弧控制要求严格，焊缝处余高现象明显，增加了焊接工艺的控制难度和后续处理工艺，限制了因瓦合金焊接技术的应用。而激光焊接利用激光与材料的热作用实现材料的熔化连接，焊接过程激光束能量连续可调，焊缝区域小，有利于实现对薄板材料的自熔焊接，无需额外填加焊丝和后续加工处理，简化了焊接工艺；另外激光焊接具有生产周期短、易于实现自动化的特点，且无任何污染，符合绿色制造的发展趋势。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以不需要额外填加焊丝、可实现0.5～2mm厚度因瓦合金的自熔焊接成形且焊缝处无明显正负余高和无气孔裂纹缺陷的薄因瓦合金的焊接成形方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种薄因瓦合金的焊接成形方法，利用Nd:YAG激光器进行焊接，包括以下步骤：

A、用机械方法将焊缝周围处理后再用丙酮擦拭清洗，保证对接焊缝周围平整光滑，无氧化层及油污；

B、把清洗过的因瓦合金固定于夹具，保证对缝良好；

C、把因瓦合金固定于夹具后安装至工作台，调整Nd:YAG激光器的脉冲宽度、脉冲频率、激光与薄因瓦合金的相对位置以及侧吹保护气体压力，确定合适的激光平均线能量密度；

D、用Nd:YAG激光器的激光束对薄因瓦合金进行成形焊接。

本发明所述的因瓦合金元素成分的质量分数为：Ni，35％-37％；Mn，0.2％-0.6％；Si，≤0.2％；C，≤0.05％；P，≤0.02％；S，≤0.02％；Fe，余量。

本发明所述的Nd:YAG激光器的脉冲光束波长为1064nm、脉冲宽度在6～8ms之间、频率在20～40Hz之间，保证激光对材料的完全熔化以及熔池的稳定性。

本发明所述的成形焊接通过在线视频系统调整激光束焦点位置使得离焦量在-3～+3mm之间，用于确定合理的功率密度以及焊缝宽度。

本发明所述的成形焊接过程采用侧吹氩气保护，压强为0.1～0.5MPa。

本发明所述的Nd:YAG激光器的脉冲激光线能量密度在100～900J/mm之间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明利用激光直接实现了因瓦合金的焊接，因此焊接时不需要额外填加焊丝。

2、由于本发明所使用的激光器激光脉冲宽度、频率以及离焦量连续可调，可实现0.5～2mm厚度因瓦合金的自熔焊接成形。

3、由于本发明的Nd:YAG激光器的脉冲激光线能量密度在100～900J/mm之间，可实现焊缝处无明显正负余高和无气孔裂纹缺陷，无需对焊缝进行后续加工。

4、由于本发明使用的1064nm激光可采用光纤传输，因此操作方便，利于实现自动化。

附图说明

本发明共有附图2张，其中：

图1是焊接示意图。

图2是因瓦合金对缝方式示意图。

图中：1、在线视频系统，2、聚焦透镜，3、激光束，4、激光束焦点位置，5、因瓦合金，6、夹具，7、焊缝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种薄因瓦合金的焊接成形方法，利用Nd:YAG激光器、在线视频系统1和聚焦透镜2等进行焊接，包括以下步骤：

A、用机械方法将焊缝7周围处理后再用丙酮擦拭清洗，保证对接焊缝7周围平整光滑，无氧化层及油污；

B、把清洗过的因瓦合金5固定于夹具6，保证对缝良好；

C、把因瓦合金5固定于夹具6后安装至工作台，调整Nd:YAG激光器的脉冲宽度、脉冲频率、激光与薄因瓦合金5的相对位置以及侧吹保护气体压力，确定合适的激光平均线能量密度；

D、用Nd:YAG激光器的激光束3对薄因瓦合金5进行成形焊接。