[发明专利]一种超声振动辅助异质材料激光焊接的方法

摘要

本发明属于激光焊接技术领域，涉及一种超声振动辅助异质材料激光焊接的方法。将超声振动引入到异质材料的激光焊接中，具体为：超声发生器产生的超声频率交流电，通过超声振子产生振动并放大振幅，最终由焊接材料将超声振动导入焊接熔池。通过超声振动在焊接熔池内产生特殊效应，对异质材料的激光焊接过程进行随动调控。与传统异质材料的激光焊接方法相比，使用本发明设计的超声辅助异质材料激光焊接装备能够有效抑制焊缝内未熔合区及脆性相的形成，并均化焊缝内元素分布，从而提高焊接接头的力学性能及抗腐蚀性能，同时，本发明装置无需改动激光加工系统，且其应用不受焊接材料尺寸限制。

主权项

1.一种超声振动辅助异质材料激光焊接的方法，其特征在于，步骤如下：A、焊接形式为搭接焊，焊接夹块之间距离保持为8mm‑12mm，避免超声工具头在随动焊接过程中与夹具发生干涉；B、超声振子包括超声换能器、变幅杆和工具头，其定位通过定位装置实现；所述的定位装置包括方形定位座、定位滑块、光杆及超声振子固定座，方形定位座上设有四个盲槽滑道，通过四个沉头内六角螺钉实现方形定位座与机床悬臂侧壁的定位及紧固；超声振子与定位滑块通过超声振子固定座连接，超声振动入射角，即超声振子轴线与焊接材料法线方向的夹角由定位滑块内四个螺纹的位置决定；超声振子沿焊接方向的定位通过方形定位座与机床悬臂侧壁的相对运动调节；超声振子垂直于焊接材料方向的定位通过方形定位座和定位滑块之间的相对运动实现，方形定位座和定位滑块通过光杆连接；C、确保方形定位座及定位滑块的厚度使超声工具头位于焊接位置正前方，且距离焊接位置10mm‑20mm，使超声在焊接熔池中产生显著的空化及声流效应；D、超声振动入射角调整范围为20°～40°，使得焊接材料内超声反射纵波及横波强度达到最大值；E、通过C型夹将定位装置及机床悬臂夹紧固定，C型夹夹紧扭矩为4N·m‑6N·m；F、利用压电石英测力仪对超声振子的刚度进行测定，工具头与焊接材料间的压紧力范围为25N‑30N，相应的机床悬臂下压量为40μm‑50μm，实现工具头与焊接工件稳定压紧，同时减小工具头尖端磨损；G、设置超声输出功率及激光焊接功率，开启超声发生器电源、延后2s后，开启保护气罐及激光器，进行随动超声振动辅助激光焊接，根据需要，选取合适的焊接长度及相应激光焊接参数；其中，为保证异质材料的有效焊接，激光焊接功率P不小于90W，同时为避免在较高激光焊接功率P下较大的超声输出功率P’导致焊接热裂纹的产生，激光焊接功率P与超声输出功率P’的匹配关系应满足关系式：P’≤2300‑20/3×P，其中P及P’的单位均为W，且P≥90W；H、焊接结束后，依次关闭激光器、气罐及超声发生器。