[发明专利]一种能有效减少焊接孔洞的激光焊接B4

说明书

本发明公开一种能有效减少焊接孔洞的激光深熔焊接B₄C/Al复合材料的方法，在光纤激光器的焊机上增加同步送粉设备，将同步送粉设备的送粉喷嘴固定在焊机的焊接激光头上，焊接时，调整激光功率和焊接速度使线能量密度超过深熔焊的阀值，同时采用同步送粉方式对焊件进行激光焊接，粉料选用与基体成分一致的球形纯铝粉。该方法能有效的减少焊后区域的孔洞，且具有简单、高效的特点，易于工业实现。

技术领域

本发明属于铝基复合材料焊接领域，具体为一种能有效减少焊接孔洞的激光焊接B₄C/Al复合材料的方法。

背景技术

B₄C/Al(铝基碳化硼复合材料)因具有良好的导热性能和中子吸收性能是重要的中子屏蔽材料，该材料被制造成格架和大型容器罐用于乏燃料的储存和转运，但适用于该材料的焊接技术发展滞后，使得铝基碳化硼的加工成型困难，从而制约了该材料的进一步推广应用。

激光焊接的能量密度高，易得到熔深/宽比高、热影响区小、焊后残余应力小的焊接部件；另外激光焊接效率高，过程参数易控制，可以实现焊接过程自动化、智能化，故激光焊接技术用于B₄C/Al的加工成型具有极大的工业应用潜力。

激光焊接分为热导焊和深熔焊两种模式，热导焊的激光能量密度低，熔深浅(通常焊深不足1mm)，深熔焊要求高的能量密度，但可以实现大的熔深。激光深熔焊的原理是：高能量密度的激光可以使熔池表面的金属大量蒸发，在蒸气反冲压力的作用下，熔池表面不断下凹形成“钥孔”深入到材料内部。理论上，激光的能量密度越高，金属的蒸发量越多，反冲压力就越大，形成的“钥孔”越深，能实现的焊深也就越大。

但激光深熔焊用于B₄C/Al的焊接还存在如下问题：1)金属熔池中的B₄C 颗粒以及铝与碳化硼的反应产物会提高熔体的黏度降低其流动性，使得熔池将气体输运到表面的能力降低，从而导致焊接区域易存在气孔；2)激光深熔焊时，如果“钥孔”内的蒸气压力波动较大，则极易导致“钥孔”坍塌形成孔洞。

目前，采用激光烧蚀还同步送粉的主要是激光3D打印和表面改性，其主要利用大光斑和低能量密度将尽量多的粉体熔化而又不产生蒸发，实现在较大的表面区域内将粉体熔覆和堆积。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供采用一种能有效减少焊接孔洞的激光焊接 B₄C/Al的方法，该方法为同步送粉激光深溶焊的方法，能有效的减少焊后区域的孔洞，且具有简单、高效的特点，易于工业实现。

本发明采用的技术方案如下：

一种能有效减少焊接孔洞的激光焊接B₄C/Al的方法，在光纤激光器的焊机上增加同步送粉设备，将同步送粉设备的送粉喷嘴固定在焊机的焊接激光头上，焊接时，调整激光功率和焊接速度，使线能量密度超过深熔焊的阀值，同时采用同步送粉方式对焊件进行激光焊接，粉料选用与基体成分一致的球形纯铝粉。

优选的，所述方法采用光束焦斑直径为0.3～0.6mm的光纤激光器焊机，焊接时为连续出光模式。

优选的，针对3-5m厚B₄C/Al板焊接时，所述线能量密度为1.5Kw·min·m^-1～3Kw·min·m^-1；激光光束的焦斑落点可在离焊件上表面-10～+5mm的范围选择。

优选的，所述送粉喷嘴喷出的粉束与所述焊接激光头发射的光束夹角为 15～25°，粉束的中心线与激光光束的中心线在焊件的上表面位于同一个点。

优选的，同步送粉时，选用颗粒尺寸分布在70-120μm范围内的球形铝粉，所述铝粉需经过高温真空干燥处理再使用，处理方法为本领域技术人员所熟知的，在这里不再进行详细的阐述，单位长度的送粉速率为：0.2～1g/min。