[发明专利]基于波形调制的钼及钼合金对接接头的脉冲激光焊接方法

说明书

本发明公开了一种基于波形调制的钼及钼合金对接接头的脉冲激光焊接方法，包括以下步骤：调节激光焊接头，使激光焊接头发出激光光束的轴线与竖直方向的夹角为0°～10°，然后在氩气的保护下，通过电阻加热板对待焊板材的待焊区域进行预热，使待焊板材上待焊区域的温度高于母材的韧脆转变温度；开启激光器，采用梯形脉冲波形对激光器进行功率调制，激光器发出的激光脉冲沿焊接方向进行移动，完成待焊板材的焊接，得焊接后的工件，完成基于波形调制的钼及钼合金对接接头的脉冲激光焊接，该焊接方法能够改善钼和钼合金脉冲激光焊接过程中的小孔稳定性，抑制气孔缺陷，提高钼及钼合金对接接头的脉冲激光焊焊缝质量。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种基于波形调制的钼及钼合金对接接头的脉冲激光焊接方法。

背景技术

钼及钼合金是高温难熔金属合金，具有高强度、膨胀系数小、导电性好及耐腐蚀等特点，广泛运用在国防军工、航空航天和民用等领域，并已用于各种高新产品的研发：应用于半导体陶瓷基板、核燃料用UO₂的烧结板材的耐高温抗变形钼板；应用于军工、电子电器工业、核能源设备以及医疗器械领域的高性能TZM钼合金板材；以及应用于电子束溅射靶材、离子注入机零件、半导体散热元件的高纯钼板材等。

钼及钼合金材料作为结构件实际使用时往往需要焊接，但其焊接面临以下主要问题：由气体杂质污染引起的性能变化和热循环造成的显微结构变化，出现的缺陷主要是气孔和裂纹。一方面，常温下钼及其合金较稳定，520℃以上开始缓慢氧化且随温度的升高其吸收氧的能力显著上升，当气体吸入量高时易引起焊缝气孔。另一方面，钼及钼合金在熔钎焊高温条件下，由于再结晶过程以及无固态相变，致使晶粒粗大。晶粒粗大致使钼及钼合金焊缝的力学性能不理想。焊接时焊点区域因高温作用而产生热应力，形成显微缺陷(如气孔)在热应力作用进一步发展，导致焊接裂纹倾向增大，甚至引发脆断。

激光焊接作为一种低热输入的精密焊接方法，用于钼及钼合金焊接具有多重优势。其激光光源能量密度高，热输入小，焊接速度快，可获得热影响区小、晶粒相对细小的焊缝。而脉冲激光作为非连续的周期性激光热源，又有其特点。脉冲焊接过程中，后一个脉冲对前一个脉冲的二次加热作用，会使两个脉冲光斑重叠区域的晶粒发生重熔，相较于连续激光焊，可起到细化晶粒的作用。

相较于传统焊接，脉冲激光焊虽然一定程度上可以有效地改善钼及钼合金焊接过程中晶粒粗大的问题，但由于钼及钼合金本身的理化特性和激光焊的特点，气孔问题仍然明显。在激光焊接中，为得到一定熔深的焊缝，焊接模式为“深熔焊”，其本质特征是在焊接时存在匙孔效应。即激光功率大于阈值时，母材表面迅速熔化及气化，随之产生的高温金属蒸汽对金属表面施加反冲作用力，克服液态金属的表面张力并把熔融的金属吹向四周，形成匙孔。由于匙孔的存在，熔池对激光的吸收率大大提高，使焊缝熔深得到极大提高。但匙孔在焊接过程中处于开放状态，熔池会卷入气体，再加上钼及钼合金高温下对氧气、氮气的吸收率急剧提升，因此钼及钼合金激光焊接过程中熔池易卷入气体；同时焊接过程中熔池处于周期性变化，液态金属从前沿向后沿流动，加上金属蒸发造成的扰动，有可能将小孔拦腰折断，使卷入熔池的气体滞留在焊缝当中而产生气孔。图5为不进行波形调制下的钼及钼合金脉冲激光焊缝表面形貌及横截面显微组织，可以观察到焊缝表面成型差，横截面中存在明显的气孔，因此需要设计出一种焊接方法，以改善小孔的稳定性，抑制气孔缺陷，提高焊缝的质量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于波形调制的钼及钼合金对接接头的脉冲激光焊接方法，该焊接方法能够改善钼和钼合金脉冲激光焊接过程中的小孔稳定性，抑制气孔缺陷，提高钼及钼合金对接接头的脉冲激光焊焊缝质量。

为达到上述目的，本发明所述的基于波形调制的钼及钼合金对接接头的脉冲激光焊接方法包括以下步骤：

1)对待焊板材进行预处理，再将待焊板材通过夹具夹持于基座上，其中，基座上开设有底槽，底槽内设置有电阻加热板，待焊板材覆盖于底槽上，待焊板材的材质为钼或钼合金；