[发明专利]一种钛‑铝异种金属叠接接头激光焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种切割焊接领域，尤其涉及一种钛-铝异种金属叠接接头焊接方法。

背景技术

为了满足结构轻型化、结构功能一体化和低成本设计与制造的发展要求，综合利用不同材料的性能优势，将具有不同特性的材料组合在一起使用已经越来越受到重视。钛合金比强度高、耐高温，但价格相对较为昂贵。铝合金密度小，价格相对较为低廉，因此当需要实现特殊用途时，可以使用钛-铝异种金属的复合结构。

在异种金属材料的焊接中，由于两种材料的物理化学性质各不相同，有的组合甚至差异很大，这将对焊接过程产生很大的影响。与同种材料的焊接相比，异种材料的焊接机理和操作技术都比同种材料要复杂的多。对于钛-铝异种金属组合由于其物理性质相差较大，在焊接中存在以下问题：1．钛与铝极易氧化，合金元素容易烧损蒸发；2．钛与铝在不同温度下发生反应和其他杂质生成脆性化合物；3．钛与铝的相互溶解度小，高温时吸气性大。

为了实现钛-铝异种金属的良好连接，人们提出熔-钎焊方法，这种焊接方法是使钛-铝异种金属中的铝合金和填充的焊丝材料受热熔化，而钛却处在固态下，即对铝合金是熔焊，而对钛是钎焊。对于钛-铝异种金属对接接头（CN 105033386 B、CN 105382398 A 、CN 106270876 A）、搭接接头，利用这种焊接方法可以实现连接。而对于钛-铝异种金属叠接接头，通常需要依靠添加冶金粉末改善界面化合物相，辅助工艺较复杂。采用激光束直接辐照在钛-铝异种金属叠接接头的焊接方法，只能熔化位于叠接接头上方的钛合金板或铝合金板，此时激光束能量将聚集在钛-铝异种金属叠接界面，从而生成大量脆性金属间化合物。

发明内容

本发明的目的是解决钛-铝异种金属叠接接头激光焊接过程中易出现脆性金属间化合物，结合界面小，接头强度低等问题。

本发明提供一种钛-铝异种金属叠接接头焊接方法，包括如下步骤。

步骤1、提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件。

步骤2、将第一工件和第二工件上下垂直叠接并夹紧。

步骤3、提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第二传输光纤、激光切割头，激光发生器经第一传输光纤与分光器相连，然后分光器经第二传输光纤与激光切割头相连。

步骤4、提供激光熔钎焊接系统，激光熔钎焊接系统具有激光发生器、第一传输光纤、分光器、第三传输光纤、激光焊接头、送丝头，激光发生器经第一传输光纤与分光器相连，然后分光器经第三传输光纤与激焊接头相连，激光焊接头、送丝头与激光切割头在焊接方向上串行成列设置。

步骤5、启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的第一激光束垂直辐照第一工件表面，得到贯穿第一工件和第二工件的激光切割缝。

步骤6、启动激光熔钎焊接系统，激光焊接头聚焦形成的第二激光束辐照第一工件表面，第二激光束中心线与激光切割缝的宽度方向对称面重合，激光焊接头、送丝头跟随激光切割头的轨迹进行填丝熔钎焊接，完成焊接过程。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件分别为钛合金、铝合金。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件厚度为0.8~2 mm。

在其中一实施例中，步骤3中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的第一激光束激光功率为2~6 kW。

在其中一实施例中，步骤3中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的第一激光束焦斑直径为Φ0.2~Φ0.5 mm，焦点功率密度为10⁶ ~10⁷ W/cm²。

在其中一实施例中，步骤3中，激光切割系统中，激光切割头输出的激光束可以是光纤激光，碟片激光，或CO₂激光。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中，激光焊接头聚焦形成的第二激光束激光功率为1~2.5 kW。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中，激光焊接头聚焦形成的第二激光束焦斑直径为Φ0.6~Φ1.5 mm。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中,填充焊丝为Al-Si系焊丝。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中,填充焊丝直径为Φ0.5~Φ1.0 mm。

在其中一实施例中，步骤4中，激光熔钎焊接系统中,激光焊接头聚焦形成的第二激光光束中心线与竖直方向的夹角α为0~30°。