CN103639618B - 钛合金激光双光束焊接的活性剂及焊接路径预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钛合金激光双光束焊接的活性剂及一种焊接路径预处理方法。本发明的用于钛合金激光双光束焊接的活性剂至少包括质量比为2:2:2:1的CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3。本发明的钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法为采用该用于钛合金激光双光束焊接的活性剂进行预处理的方法，其包括以下步骤：将用于钛合金激光双光束焊接的活性剂涂覆于钛合金T型接头的焊接路径上，形成活性剂涂覆层。本发明的活性剂以及焊接前对焊接路径的预处理方法能够有效控制焊缝中缺陷的产生，获得高质量的焊缝，并实现高质量焊接。

Description

钛合金激光双光束焊接的活性剂及焊接路径预处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于钛合金激光双光束焊接的活性剂及一种钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法，属于激光加工技术领域。
背景技术
航空、航天结构件中常见的壁板类结构主要由蒙皮与内部加强筋组成。此类带筋壁板一般采用铆接或者电阻点焊实现蒙皮与立筋之间的连接。传统的连接方法不仅劳动强度大，结构强度不高而且对蒙皮的整体完整性造成损伤。
采用激光焊接此类结构时，可以采用两束激光从立筋两侧施焊。如图1所示，图1为激光双光束焊接示意图，采用激光双光束从T型接头的两侧同时进行焊接形成角焊缝，有利于立筋与蒙皮的熔合，而且对蒙皮背面没有损伤。一般认为，采用双光束焊接工艺可以使得T型接头的两侧受热均匀，有利于控制变形。另外，由于两束激光同时焊接，在熔池的交互作用下可以减小热输入，产生1+1＞2的效果。
但是激光双光束焊接过程中，由于两侧熔池的互相扰动，使得焊缝内部极易产生气孔、未熔合等缺陷，严重影响焊接质量。尤其是对于钛合金而言，钛合金高温下化学性质极为活泼，极易与空气中的O2、H2发生化学反应。钛合金激光双光束焊接过程中，钛合金焊缝内部极易产生气孔，严重影响焊接质量。
因此，研发出一种用于钛合金激光双光束焊接的活性剂及一种钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法，仍是本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于钛合金激光双光束焊接的活性剂。本发明的目的还在于提供一种钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法。本发明的活性剂以及焊接前对焊接路径的预处理方法能够有效控制焊缝中缺陷的产生，获得高质量的焊缝，并实现高质量焊接。
为达上述目的，本发明提供一种用于钛合金激光双光束焊接的活性剂，其至少包括质量比为2:2:2:1的CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的用于钛合金激光双光束焊接的活性剂还包括一溶剂，所述CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3的总量与所述溶剂的质量比为1：5-15。
在上述的用于钛合金激光双光束焊接的活性剂中，优选地，所述溶剂包括无水乙醇和/或丙酮（无水乙醇和丙酮的纯度均≥99.9%）等。
本发明的用于钛合金激光双光束焊接的活性剂可以通过混合CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3的粉末与溶剂并搅拌成悬浊液而制备得到。
本发明的用于钛合金激光双光束焊接的活性剂由于具有特定的成分以及配比，能够有效降低熔池的表面张力，增加焊接熔深，减少未熔合的产生，同时易于气孔的逸出。
本发明还提供一种钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法，其为采用上述的用于钛合金激光双光束焊接的活性剂进行预处理的方法，其包括以下步骤：将所述用于钛合金激光双光束焊接的活性剂涂覆于钛合金T型接头的焊接路径上，形成活性剂涂覆层。
在上述的预处理方法中，优选地，所述活性剂涂覆层的厚度为20-100μm。活性剂涂覆层的厚度在重力及表面能等的作用下会有不均匀性，但焊接路径上的涂覆层厚度均在该范围内。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的预处理方法包括以下步骤：将所述活性剂涂刷在钛合金T型接头的焊接路径上，待活性剂完全干后，形成活性剂涂覆层。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的预处理方法包括以下步骤：将所述活性剂涂刷在钛合金T型接头的焊接路径上，1-3分钟后（待活性剂中的溶剂挥发完毕），再次将所述活性剂涂刷在钛合金T型接头的焊接路径上，待活性剂完全干后，形成活性剂涂覆层。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的预处理方法还包括以下步骤：在涂刷所述活性剂前，采用无水乙醇将所述钛合金T型接头的焊接路径擦拭干净。
在上述的预处理方法中，优选地，在钛合金T型接头的焊接路径上涂刷所述活性剂的宽度为焊接路径的竖直方向和水平方向各3-5mm。如图2所示，图2为活性剂涂刷位置示意图，在钛合金T型接头两侧的焊接路径（即，焊缝位置）上沿着水平方向以及竖直方向各涂刷3-5mm宽度的活性剂。
根据本发明的具体实施方式，优选地，上述的预处理方法包括以下步骤：采用无水乙醇将钛合金T型接头的焊接路径擦拭干净，然后将所述活性剂涂刷在焊接路径上，涂刷所述活性剂的宽度为焊接路径的竖直方向和水平方向各3-5mm，1-3分钟后，待活性剂中的溶剂挥发完毕，再次将所述活性剂涂刷在焊接路径上，涂刷所述活性剂的宽度为焊接路径的竖直方向和水平方向各3-5mm，待活性剂完全干后，形成厚度为20-100μm的活性剂涂覆层。
本发明的钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法能够提高焊缝内部质量组织性能，进而提高焊接接头的力学性能，对钛合金以及其它材料的双光束焊接具有很好的参考价值，适用性广。
本发明通过在钛合金激光双光束焊接前对钛合金T型接头的焊接路径进行涂覆活性剂的预处理，有效消除了两束激光之间的相互干扰，控制了T型接头内部气孔、未熔合等缺陷的产生，获得了高质量的焊缝，并实现了钛合金T型接头的高质量焊接。
附图说明
图1为激光双光束焊接示意图。
图2为活性剂涂刷位置示意图。
图3为实施例2的焊缝横截面金相图。
图4为实施例3的焊缝横截面金相图。
图5为对比例1的焊缝横截面金相图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供一种用于钛合金激光双光束焊接的活性剂，其包括质量比为2:2:2:1的CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3，以及无水乙醇，CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3的总量与无水乙醇的质量比为1：5-15。本实施例的活性剂通过将CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3的粉末与无水乙醇按比例混合并搅拌成悬浊液，而制备得到。
实施例2
本实施例提供一种钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法，预处理对象为TC4钛合金轧制板材T型接头母材，底板厚2mm，立筋厚1.5mm，该预处理方法包括以下步骤：采用无水乙醇将钛合金T型接头的焊接路径擦拭干净，然后采用毛刷将实施例1的活性剂涂刷在焊接路径上，涂刷所述活性剂的宽度为焊接路径的竖直方向和水平方向各3mm，待活性剂完全干后，形成厚度为30-60μm的活性剂涂覆层。之后，对预处理后的钛合金T型接头进行激光双光束焊接，焊接方法为本领域常规的钛合金激光双光束焊接方法，焊接后的焊缝横截面金相图如图3所示。
实施例3
本实施例提供一种钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法，预处理对象为TC4钛合金轧制板材T型接头母材，底板厚2mm，立筋厚1.5mm，该预处理方法包括以下步骤：采用无水乙醇将钛合金T型接头的焊接路径擦拭干净，然后采用毛刷将实施例1的活性剂涂刷在焊接路径上，涂刷所述活性剂的宽度为焊接路径的竖直方向和水平方向各5mm，1-3分钟后，待活性剂中的乙醇挥发完毕，再次将实施例1的活性剂涂刷在焊接路径上，涂刷所述活性剂的宽度为焊接路径的竖直方向和水平方向各5mm，待活性剂完全干后，形成厚度为50-100μm的活性剂涂覆层。之后，对预处理后的钛合金T型接头进行激光双光束焊接，焊接方法为本领域常规的钛合金激光双光束焊接方法，焊接后的焊缝横截面金相图如图4所示。
对比例1
作为对比，对没有进行任何预处理的钛合金T型接头直接进行激光双光束焊接，焊接对象为TC4钛合金轧制板材T型接头母材，底板厚2mm，立筋厚1.5mm，焊接方法为本领域常规的钛合金激光双光束焊接方法，焊接后的焊缝横截面金相图如图5所示。
通过图3、图4以及图5的对比可以看出，通在钛合金激光双光束焊接前对钛合金T型接头的焊接路径进行涂覆本发明活性剂的预处理，显著减少了焊缝内部气孔、未熔合等缺陷的产生，提高了焊接稳定性，获得了高质量焊缝。

Claims (4)

1.一种钛合金激光双光束焊接前对焊接路径的预处理方法，其包括以下步骤：将用于钛合金激光双光束焊接的活性剂涂覆于钛合金T型接头的焊接路径上，涂覆所述活性剂的宽度为钛合金T型接头的焊接路径的竖直方向和水平方向各3-5mm，形成活性剂涂覆层，所述活性剂涂覆层的厚度为20-100μm；
其中，所述用于钛合金激光双光束焊接的活性剂由CaF2、Ce2O3、TiO2、CrCl3以及溶剂组成，所述CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3的质量比为2:2:2:1，所述CaF2、Ce2O3、TiO2和CrCl3的总量与所述溶剂的质量比为1:(5-15)，所述溶剂包括无水乙醇和/或丙酮。
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其包括以下步骤：将所述活性剂涂刷在钛合金T型接头的焊接路径上，待活性剂完全干后，形成活性剂涂覆层。
3.根据权利要求1所述的预处理方法，其包括以下步骤：将所述活性剂涂刷在钛合金T型接头的焊接路径上，1-3分钟后，再次将所述活性剂涂刷在钛合金T型接头的焊接路径上，待活性剂完全干后，形成活性剂涂覆层。
4.根据权利要求2或3所述的预处理方法，其还包括以下步骤：在涂刷所述活性剂前，采用无水乙醇将所述钛合金T型接头的焊接路径擦拭干净。
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