[发明专利]一种电感耦合超声辅助脉冲激光焊接装置及方法

说明书

本发明公开了一种电感耦合超声辅助脉冲激光焊接装置及方法，属于焊接技术领域。本发明将电感加热的温度场以及超声振动的波动场进行耦合，在感应加热减缓金属液凝固速率的同时施加超声对熔池进行冲击搅拌作用。本发明采用脉冲激光作为热源，采用机床带动铝合金板相对激光光斑沿焊缝方向移动并同时施加超声波以及用电感装置加热控温。并且耦合能量场相比于单一施加超声场可以有效延长超声对金属液的作用时间；相比于单一施加电感温度场可以对熔池产生冲击搅拌作用。电感及超声的耦合辅助能更大程度地减少组织内部气孔，更大程度抑制裂纹源产生从而减少微观和宏观裂纹，增强零件的使用性能，满足其实际使用需求。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种电感耦合超声辅助脉冲激光焊接装置及方法。

背景技术

2219-T87铝合金是航空航天业新一代应用材料，属于Al-Cu-Mn系高强铝合金，强化类型为析出强化。对于Al-Cu合金材料，目前焊接工艺主要采用填丝变极性TIG氩弧焊，在焊接生产中易产生气孔、裂纹等缺陷，气孔和裂纹会严重破坏焊缝金属的致密性、削弱焊缝的有效截面积，极大地降低焊缝的力学性能和耐腐蚀性能。为此需要探索新的焊接工艺，尽量减少焊缝的冶金缺陷，改善和提高Al-Cu合金焊接接头的综合性能.激光焊接具有能量密度高、焊接效率高、热输入量小和可达性好等优点，是一种优质高效的焊接方法。

中国专利CN 102059453 A公开了一种超声波非接触式辅助激光焊接的方法，为解决在激光焊接钛合金、铝合金等金属中容易产生气孔、裂纹等技术问题，该专利设计了一种非接触式超声波辅助激光焊接装置，达到了细化焊缝组织、提高焊接接头性能的目的。但该专利超声振动采用非接触的施加形式，极大降低了超声波的利用率，使得超声有效作用效果较弱。

中国专利CN 105414763A公开了一种板式换热器超声同轴辅助激光焊接方法，其技术特征是实施板式换热板片的激光焊接时，施加高频超声振动，超声波振动与激光束采用同轴方式施加，换热板片与超声振动工具头直接接触，通过此方法可以解决不同材料换热板片装夹困难与焊接接头气体保护问题，同时超声的振动可以减小焊接残余应力、细化焊缝组织、减少气孔裂纹缺陷。但此方法采用超声波振动与激光束同轴施加的方式，对原有的激光光路系统改动较大，无法对激光焊接离焦量参数进行调整，适应性差；同时，难以对激光焊接过程进行实时观测，且对于焊后的焊缝表面具有一定的二次损伤。

中国专利CN109759700A公开了一种随焊超声振动的激光焊接方法，其特征实质是焊接过程中利用预热板施加预热，并在熔池后方一定距离的焊缝正面施加超声振动，用于减小残余变形并改善疲劳性能，该方法由于预热板尺寸限制，难以用于大型结构件的焊接。

长春理工大学论文《超声波对铝合金激光-电弧复合焊接影响的研究》采用了底部施加超声的方法，采取激光焊接头和超声振动头静止，而工件匀速运动的焊接方式。工件通过焊接工作台固定于数控导轨上，超声振动头垂直施加于工件底部该施加方式对焊接件尺寸没有要求，超声利用率较高，但该方法对机床工作台及数控导轨结构设计要求较高，且行走路径较为单一。同时，该方法中工件的预热问题没有得到一个合理的解决方式。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种电感耦合超声辅助脉冲激光焊接装置及方法。该工艺方法采用脉冲激光作为热源，采用机床带动铝合金板相对激光光斑沿焊缝方向移动并同时施加超声波以及用电感装置加热控温的方式，实现2219-T87铝合金的焊接。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电感耦合超声辅助脉冲激光焊接装置，所述的电感耦合超声辅助脉冲激光焊接装置包括激光头1、感应线圈2、超声装置3、红外测温仪4、电磁感应主机5、线圈架6、铝合金板7、激光头座和机床。