[发明专利]一种用于异种金属材料的超声辅助激光焊接装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于异种金属材料的超声辅助激光焊接装置及方法，本发明通过在激光焊接的旋转夹紧工装中引入超声激振器，在焊接过程中，实现了对异种金属焊件施加频率从15K～2MHz的超声激振，提高了异种金属焊件的一次成功率，降低了生产成本，提高了生产效率；通过采用异种金属材料超声辅助激光焊接工艺，提高了试件的密封性能，可达到小于1×10^‑9Pa m³/S的漏率水平。

技术领域

本发明涉及一种用于异种金属材料的超声辅助激光焊接装置及方法，用于提升金属激光焊接性能。

背景技术

异种金属激光焊接存在相互溶解度、熔点、线膨胀系数不同等问题，易产生裂纹和脆性金属间化合物。相对于其他焊接方法，激光焊接具有能量密度高、热量集中、热源易控制、焊缝深宽比大、热影响区窄及焊接变形小等优点，是异种金属焊接可供选择的连接方法之一，但对于具高结合强度、高气密要求的异种金属连接，如非导磁金属白铜和导磁金属电工纯铁，密封性往往通过单纯的激光焊接很难保证。

为满足异种金属激光焊缝的强度和密封设计要求，需改善异种金属焊接激光封焊的焊接应力水平，控制微裂纹的产生。

高功率超声振动可提供更小的波长和更多的振动能量，在固体中有很高的传输效率，同时微米级的振动幅值不会影响待焊件的夹持状态。如能将高频超声激振有效传递到激光焊缝熔池，并能够对激振波长、激振能量、激振时间等做到量化控制，将拓宽异种金属激光焊适用范围，大大改善激光焊封的焊接质量，在异种金属构件的激光焊接领域将起到积极的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：为克服现有技术的不足，提供一种用于异种金属材料的超声辅助激光焊接装置及方法，以释放焊接过程中的应力，避免结构焊缝后期开裂，保证气密性能。

本发明的技术解决方案：

一种用于异种金属材料的超声辅助激光焊接装置，包括基座、第一顶具、第二顶具、步进电机、压电陶瓷和超声激振器，在基座上开有同轴的第一通孔和第二通孔，第一顶具置于第一通孔中，步进电机的轴与第一顶具固连，第二顶具置于第二通孔中，异种金属焊件置于第一顶具与第二顶具之间，压电陶瓷置于第二顶具与异种金属焊件之间，与异种金属焊件间接触的压电陶瓷面上设置有匹配层，第二顶具可以轴向移动，实现对异种金属焊件压力的调整，第二顶具中心位置为通孔结构，超声能量传输线穿过第二顶具通孔结构，实现超声激振器与压电陶瓷的电连接，

步进电机转动，带动第一顶具、异种金属焊件、第二顶具同步转动，在同步转动过程中，超声激振器通过压电陶瓷，对异种金属焊件施加纵向振动。

基座的第一通孔和第二通孔中设置轴承，第一顶具和第二顶具与轴承过盈配合，实现第一顶具和第二顶具在第一通孔和第二通孔中的自由转动。

在第二顶具上加工有外螺纹，在螺纹上套装锁紧螺母，调整锁紧螺母，实现第二顶具的轴向移动，进而实现对异种金属焊件压力的调整。

步进电机转速范围为0.5mm/s～50mm/s；

压电陶瓷厚度为0.5mm～10mm。

压电陶瓷振动频率为15K～2MHz。

压电陶瓷两端电压幅值范围为20V～2000V。

一种用于异种金属材料的超声辅助激光焊接方法，具体步骤为：

(1)将异种金属焊件装入第一顶具与第二顶具之间，调整第二顶具的轴向位移，夹紧异种金属焊件；

(2)调整基座，使激光头对准异种金属焊件焊缝最高点，将装置放置于激光焊接工作平台上，调整好装置与激光焊头的位置关系；