AlNb基金屬間化合物雙光束脈沖激光焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種Ti2AlNb基金屬間化合物雙光束脈沖激光焊接方法。該方法采用固體激光器進(jìn)行焊接。焊接前將Ti2AlNb基金屬間化合物表面氧化皮、油污等雜質(zhì)清理干凈，保證對(duì)接裝配間隙小于0.15mm，然后用固體激光器脈沖模式采用雙光束進(jìn)行焊接，焊接時(shí)采用99.99％的高純氬氣進(jìn)行焊縫正、反面保護(hù)，焊接時(shí)采用無填絲深熔焊，母材金屬自熔形成焊縫。本發(fā)明所提出的激光焊接方法可實(shí)現(xiàn)1mm～3mm厚Ti2AlNb基金屬間化合物的有效連接，能夠減少焊接過程的除裂紋傾向，提高焊接過程的穩(wěn)定性，改善焊縫的成形質(zhì)量，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度的85％以上。
【專利說明】一種T i 2AI Nb基金屬間化合物雙光束脈沖激光焊接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種激光焊接方法，具體涉及一種Ti2AlNb基金屬間化合物的激光焊接方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著輕質(zhì)耐高溫材料的發(fā)展，Ti2AlNb基金屬間化合物由于其優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、比強(qiáng)度以及較低的密度，越來越多的被應(yīng)用于上述領(lǐng)域。該材料已開始應(yīng)用于航空航天產(chǎn)品制造，可有效減輕產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重量，提高產(chǎn)品性能。實(shí)際工程研制時(shí)，常常需要對(duì)不同零部件進(jìn)行焊接，用以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，焊縫質(zhì)量直接影響該材料在產(chǎn)品中的應(yīng)用，因此需要對(duì)Ti2AlNb基金屬間化合物的焊接方法和工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制。
[0003]目前Ti2AlNb基金屬間化合物的焊接方法主要有釬焊、擴(kuò)散焊、氬弧焊、電子束焊等。其中釬焊、擴(kuò)散焊焊接接頭高溫強(qiáng)度較低，并且接頭形式一般為搭接接頭，難以用于主要的承載結(jié)構(gòu)，限制了這兩種焊接方法在實(shí)際產(chǎn)品中的應(yīng)用。由于Ti2AlNb基金屬間化合物裂紋敏感性強(qiáng)，接頭脆性大，氬弧焊焊接時(shí)熱輸入較大，常常在焊接過程中就會(huì)出現(xiàn)裂紋，或在焊接后一定時(shí)間內(nèi)會(huì)形成冷裂紋，需要采用焊前預(yù)熱和焊后后熱的工藝防止焊縫冷裂傾向，但預(yù)熱、后熱工藝增加了工藝難度，影響焊接效率，且氬弧焊接頭強(qiáng)度偏低。電子束焊接具有焊接速度快、焊接熱輸入小、焊縫無氧化等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)Ti2AlNb基金屬間化合物的有效焊接，但由于電子束焊接需在真空環(huán)境中進(jìn)行，焊接效率較低。
[0004]激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊接變形小、焊接時(shí)不需要真空室，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足未來產(chǎn)品高質(zhì)量、高效率的焊接需求。但目前對(duì)Ti2AlNb基金屬間化合物激光焊接的研究較少，缺乏控制激光焊縫冷裂紋、氧化等缺陷的激光焊接工藝方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種Ti2AlNb基金屬間化合物的激光焊接方法，采用該方法可以降低Ti2AlNb基金屬間化合物焊縫裂紋敏感性，獲得良好的焊縫外觀及內(nèi)部質(zhì)量，得到性能較好的焊接接頭。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種Ti2AlNb基金屬間化合物雙光束脈沖激光焊接方法，它包括以下步驟:
[0007](I)將Ti2AlNb基金屬間化合物表面油污、氧化皮等雜質(zhì)清理干凈后裝配合適，采用固體激光器進(jìn)行焊接，焊接過程中焊接熔池、焊縫正、反面采用氬氣惰性氣體保護(hù)；
[0008](2)焊前將距Ti2AlNb焊縫中心周圍20mm?50mm范圍內(nèi)氧化皮、油污等清理干凈，焊縫對(duì)接端面采用刮刀進(jìn)行刮削，直至露出白亮色金屬本體，然后采用丙酮擦拭干凈；
[0009](3)將清理干凈的Ti2AlNb板裝卡合適，保證對(duì)接間隙不大于0.15mm、階差不大于15%母材壁厚，裝配合適后用夾具夾緊；
[0010](4)Ti2AlNb激光焊接所采用的激光器為固體激光器，焊接頭具有雙光束功能，焊接時(shí)采用脈沖激光焊接。
[0011]具體激光焊接工藝參數(shù)為:焊接所用的激光束為雙光束，雙光束間距為0.18mm?
0.54mm，脈沖激光波形為矩形波，激光基值功率PsS 500W?1000W，激光峰值功率P _為100ff?3200W,脈沖寬度tp為20ms ;焊接速度V為1000mm/miη?1 SOOmm/miη ;光斑直徑D為0.45mm,離焦量I為0_。
[0012]焊接過程中采用純度不低于99.99%的氬氣進(jìn)行正反面保護(hù)，正面?zhèn)却禋饬髁繛?15?20)L/min，背部保護(hù)氣流量為(2?5)L/min。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，采用固體激光器進(jìn)行焊接，將輸出的激光調(diào)整為前后穿行的雙光束，將激光波形輸出調(diào)整為脈沖方波，以適當(dāng)?shù)暮附铀俣葘?duì)待焊試件進(jìn)行焊接，焊接時(shí)采用氬氣進(jìn)行正、反面保護(hù)，以保證焊縫質(zhì)量和綜合力學(xué)性能。試驗(yàn)表明:采用本發(fā)明提出的激光焊接方法，在焊接Imm?3mm厚Ti2AlNb基金屬間化合物時(shí)，可有效避免焊縫冷裂紋的出現(xiàn)，焊縫成形良好，符合GJB1718A-2005標(biāo)準(zhǔn)I級(jí)焊縫要求，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度的85%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為雙光束焊接不意圖；
[0015]圖2為脈沖激光波形示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0017]焊前用丙酮將距離Ti2AlNb基金屬間化合物焊縫中心周圍20mm?50mm范圍內(nèi)的油污拭干凈、用砂紙或鋼絲刷將氧化皮等雜質(zhì)清理干凈，焊縫對(duì)接端面采用刮刀進(jìn)行刮削，直至露出金屬本體；
[0018]將清理干凈的Ti2AlNb平板裝配在具有背部充氣保護(hù)裝置的焊接工裝上，保證焊縫對(duì)接間隙不大于0.15mm、階差不大于15%母材壁厚；
[0019]焊接時(shí)所選用的激光器為固體激光器，采用雙光束脈沖激光進(jìn)行焊接，雙光束的分布方式為串行。
[0020]具體激光焊接工藝參數(shù)為:焊接所用的激光束為雙光束(如附圖1所示)，雙光束間距為0.18mm?0.54mm，脈沖激光波形為矩形波(如附圖2所示)，激光基值功率Ps為500W?1000W，激光峰值功率PttS 1000W?3200W，脈沖寬度tp為20ms ;焊接速度v為1000mm/mi η ?1 500mm/mi η ;光斑直徑 D 為 0.45mm,離焦量 I 為 Omm。
[0021]焊接過程中采用純度不低于99.99%的氬氣進(jìn)行正反面保護(hù)，正面?zhèn)却禋饬髁繛?15?20)L/min，背部保護(hù)氣流量為(2?5)L/min ；
[0022]根據(jù)實(shí)際焊接需求，可以設(shè)置相應(yīng)的焊接收弧距離，一般收弧距離可選(2?5)mm，也可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要自行設(shè)定。收弧時(shí)選用連續(xù)衰減的鋸齒形激光輸出，使焊接弧坑在反復(fù)熔化凝固過程中逐漸縮小封閉。
[0023]工作原理:本發(fā)明為一種Ti2AlNb基金屬間化合物激光焊接方法，焊前用將距離Ti2AlNb基金屬間化合物焊縫中心周圍20mm?50mm范圍內(nèi)雜質(zhì)清理干凈,并采用IS氣進(jìn)行焊縫正反面保護(hù)，采用固體激光器進(jìn)行焊接，將輸出的激光調(diào)整為前后穿行的雙光束，將激光波形輸出調(diào)整為脈沖方波，焊縫收弧時(shí)采用震蕩衰減的鋸齒形波收弧。避免了焊縫冷裂紋的出現(xiàn)，可以得到表面質(zhì)量較好，綜合力學(xué)性能優(yōu)良的Ti2AlNb基金屬間化合物激光焊縫。
[0024]本發(fā)明采用Nd = YAG固體激光器作為激光源，最大輸出功率4kW，激光波長為
1.06 μ m,焊接頭配備雙光束調(diào)節(jié)模塊，采用焦距為150mm的聚焦透鏡。選用的Ti2AlNb金屬間化合物主要成分(wt% )如下，Al:11.1%、Nb:42.22%, T1:余量。
[0025]實(shí)施例1:Ti2AlNb金屬間化合物Imm厚平板對(duì)接焊
[0026]焊接規(guī)范如下:兩激光束間距0.18mm，激光基值功率PsS 500W，激光峰值功率Ptt為1300W，脈沖寬度tp為20ms ;焊接速度v為1500mm/min ;光斑直徑D為0.45mm,離焦量I為Omm ;正面氣體流量為15L/min，背部氣體流量為2L/min。焊接結(jié)果表面:焊縫表面成形良好，保護(hù)良好。焊縫常溫平均抗拉強(qiáng)度可達(dá)1014MPa，平均斷后伸長率為6%。
[0027]實(shí)施例2 =Ti2AlNb金屬間化合物2mm厚平板對(duì)接焊
[0028]焊接規(guī)范如下:兩激光束間距0.36mm，激光基值功率PsS 700W，激光峰值功率Ptt為1500W，脈沖寬度tp為20ms ;焊接速度v為1200mm/min ;光斑直徑D為0.45mm,離焦量I為Omm ;正面氣體流量為18L/min，背部氣體流量為4L/min。焊接結(jié)果表面:焊縫表面成形良好，保護(hù)良好。焊縫常溫平均抗拉強(qiáng)度可達(dá)1030MPa，平均斷后伸長率為5%。
[0029]實(shí)施例3 =Ti2AlNb金屬間化合物3mm厚平板對(duì)接焊
[0030]焊接規(guī)范如下:兩激光束間距0.54mm,激光基值功率PsS 1000W，激光峰值功率P峰為2400W，脈沖寬度tp為20ms ;焊接速度v為1000mm/min ;光斑直徑D為0.45mm,離焦量I為Omm ;正面氣體流量為20L/min，背部氣體流量為5L/min。焊接結(jié)果表面:焊縫表面成形良好，保護(hù)良好。焊縫常溫平均抗拉強(qiáng)度可達(dá)984MPa，平均斷后伸長率為5%。
【權(quán)利要求】
1.一種Ti2AlNb基金屬間化合物雙光束脈沖激光焊接方法，其特征在于:它包括以下步驟: (1)將Ti2AlNb基金屬間化合物表面油污、氧化皮等雜質(zhì)清理干凈后裝配合適，采用固體激光器進(jìn)行焊接，焊接過程中焊接熔池、焊縫正、反面采用氬氣惰性氣體保護(hù)； (2)焊前將距Ti2AlNb焊縫中心周圍20mm?50mm范圍內(nèi)氧化皮、油污等清理干凈,焊縫對(duì)接端面采用刮刀進(jìn)行刮削，直至露出白亮色金屬本體，然后采用丙酮擦拭干凈； (3)將清理干凈的Ti2AlNb板裝卡合適，保證對(duì)接間隙不大于0.15mm、階差不大于15%母材壁厚，裝配合適后用夾具夾緊； (4)Ti2AlNb激光焊接所采用的激光器為固體激光器，焊接頭具有雙光束功能，焊接時(shí)采用脈沖激光焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種Ti2AlNb基金屬間化合物雙光束脈沖激光焊接方法，其特征在于:具體激光焊接工藝參數(shù)為:焊接所用的激光束為雙光束，雙光束間距為0.18mm?0.54mm，脈沖激光波形為矩形波，激光基值功率PsS 500W?1000W，激光峰值功率P _為100ff?3200W,脈沖寬度tp為20ms ;焊接速度V為1000mm/miη?1 SOOmm/miη ;光斑直徑D為0.45mm,離焦量I為0_。
3.權(quán)利要求1所述的Ti2AlNb基金屬間化合物雙光束脈沖激光焊接方法，其特征在于:焊接過程中采用純度不低于99.99%的氬氣進(jìn)行正反面保護(hù)，正面?zhèn)却禋饬髁繛?15?20)L/min，背部保護(hù)氣流量為(2?5)L/min。
【文檔編號(hào)】B23K26/0622GK104384718SQ201410688122
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】王志敏, 步賢政, 姚為, 李宏偉, 梁繼哲 申請人:北京航星機(jī)器制造有限公司