一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法
技术领域
本发明涉及非晶合金的焊接技术领域,特别是涉及一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法。
背景技术
非晶合金因具有强度、硬度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性、软磁性和超导性等方面的优良特性,其在电子、机械、化工等领域都得到了广泛应用。但是,虽然非晶合金具有上述所述的优良特性,但存在难加工、难焊接的缺点,从而大大限制了其应用范围。因此,非晶合金的焊接成为非晶合金应用拓展的一个技术难点。
现有技术在焊接非晶合金时,由于焊接方法不合理,常出现非晶合金结晶化的情况,导致非晶合金难以深度推广应用。
由于非晶合金材料上很难实现攻牙工艺,使得非晶合金产品上难以实现螺栓、螺母的构造,而且,如果采用粘合剂将螺栓、螺母粘合连接于非晶产品上,其连接强度并不能满足生产的需要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处而提供一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法。
为达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现。
提供一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,包括焊接母材非晶合金和焊接工件,先利用电极产生的电弧将所述焊接工件表面加热到熔点以上,形成利于吸收激光能量的浅层熔池;
再利用激光束分别照射所述非晶合金和所述焊接工件表面的浅层熔池,使所述非晶合金达到熔点以上以形成熔融态,并使所述焊接工件表面的浅层熔池进一步形成深层熔池,并以TTT图为基准,使所述焊接工件和所述非晶合金在不发生晶化反应的状况下完成焊接;
所述焊接工件含有所述非晶合金所含元素中的一种元素或两种以上元素。
上述技术方案中,优选的,焊接方式为,所述电极和所述激光束为旁轴复合设置,即所述电极和所述激光束为不同轴设置,且所述电极和所述激光束之间形成锐角的夹角。
上述技术方案中,优选的,焊接方式为,所述电极和所述激光束为同轴复合设置。
优选的,所述激光束包括对称设置的第一激光束和第二激光束,所述电极设置于所述第一激光束和所述第二激光束之间,且所述第一激光束和所述第二激光束之间的对称轴与所述电极为同轴设置。
优选的,所述电极包括对称设置的第一电极组和第二电极组,所述激光束设置于所述第一电极组和所述第二电极组之间,且所述第一电极组和所述第二电极组之间的对称轴与所述激光束为同轴设置。
所述电极为空心钨极。
所述电极产生的电弧为MIG电弧、TIG电弧或等离子弧中的一种。
所述焊接工件为螺栓或螺母。
其中,本发明所述的TTT图是指温度时间转变图,本发明所述的TTT图如附图4所示。当加热曲线达到Tm(熔点)以上后进行冷却,并且加热曲线和冷却曲线均不可碰触到晶化区域。其中,在焊接过程中,只要不碰触到晶化区域,即非晶合金与焊接工件在不发生晶化反应的状况下完成焊接,即在非晶化区域中选择焊接参数均可,多种焊接参数均能达到最佳的焊接强度。
本发明的有益效果:
(1)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,解决了非晶合金难以攻牙的问题,很好地实现了非晶合金与螺栓或螺母的接合。
(2)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,由于结合了激光焊接和电弧焊接的优势,大大提高了焊接速度,并且使得非晶合金和焊接工件的热变形小,热影响区域小,从而改善了非晶合金的适应性。
(3)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,由于先利用电弧使焊接工件表面形成利于吸收激光能量的浅层熔池,以降低焊接工件表面的反射率,再利用激光束使焊接工件表面的浅层熔池进一步形成深层熔池,从而能够增大焊接工件表面的熔池深度,便于焊接,并且保持了焊接后焊缝的金属结构和机械属性。
(4)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,与单热源焊接相比,在同样工艺参数的情况下,本发明的焊接速度能够提高一倍以上,从而很好地避免了非晶合金的晶化。
(5)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,与单独采用激光束焊接相比,本发明的非晶合金和焊接工件的焊接处的熔池深度能够增大20%,而且,本发明的焊接方法对激光束的质量、对接焊缝间隙和焊缝跟踪精度的要求大大放宽。
(6)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,与填充焊丝激光焊接相比,即使非晶合金和焊接工件的对接焊缝间隙达到1mm,本发明的焊接方法也能够形成良好的接头。
(7)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,不但具有焊接速度快,焊接变形明显减小的优点,且搭桥过渡能力强于单独采用激光束焊接。
(8)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,不但焊接处的接合力高,而且焊接后非晶合金依然保持非晶结构。
(9)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,具有广泛的焊接参数选择范围,对焊接条件的参数选择范围比较大,即焊接条件所受的限制比较小,在焊接过程中,以TTT图为基准,只要不碰触到晶化区,即非晶合金与焊接工件在不发生晶化反应的状况下完成焊接,多种焊接参数均能达到较佳的焊接强度。
(10)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,不但具有成本低廉的优点,而且由于焊接时间短,使得生产效率高。
(11)本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,具有方法简单,能够适用于大规模生产的特点。
附图说明
图1是本发明的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法的实施例1至实施例5的焊接方式的结构示意图。
图2是本发明的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法的实施例6和实施例7的焊接方式的结构示意图。
图3是本发明的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法的实施例8和实施例9的焊接方式的结构示意图。
图4是本发明的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法的TTT图。
在图1至图4中包括有:
1——焊接工件、
2——电极、21——电弧、22——第一电极组、23——第二电极组、
3——激光束、31——第一激光束、32——第二激光束、
4——晶化区域、
5——非晶化区域。
具体实施方式
本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,包括焊接母材非晶合金和焊接工件1,先利用电极2产生的电弧21将焊接工件1表面加热到熔点以上,形成利于吸收激光能量的浅层熔池;
再利用激光束3分别照射非晶合金和焊接工件1表面的浅层熔池,使非晶合金达到熔点以上以形成熔融态,并使焊接工件1表面的浅层熔池进一步形成深层熔池,并以TTT图为基准,使焊接工件1和非晶合金在不发生晶化反应的状况下完成焊接;
其中,焊接工件1含有非晶合金所含元素中的一种元素或两种以上元素。
实施例1。
本实施例中,焊接母材为锆基非晶合金Zr-Cu-Ni-Al-Nb,焊接工件1为锆工件,其中,本实施例的焊接工件1为锆螺栓。
见图1。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为旁轴复合设置,即电极2和激光束3为不同轴设置,且电极2和激光束3之间形成锐角的夹角。本实施例中,电极2和激光束3之间的夹角为30度。其中,本实施例中,电极2为空心钨极。本实施例电极2产生的电弧21为MIG电弧。
实施例2。
本实施例中,焊接母材为锆基非晶合金Zr-Cu-Ni-Al-Nb,焊接工件1为铜工件,其中,本实施例的焊接工件1为铜螺母。
见图1。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为旁轴复合设置,即电极2和激光束3为不同轴设置,且电极2和激光束3之间形成锐角的夹角。本实施例中,电极2和激光束3之间的夹角为45度。其中,本实施例电极2产生的电弧21为TIG电弧。
实施例3。
本实施例中,焊接母材为锆基非晶合金Zr-Cu-Ni-Al-Nb,焊接工件1为镍工件。
见图1。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为旁轴复合设置,即电极2和激光束3为不同轴设置,且电极2和激光束3之间形成锐角的夹角。本实施例中,电极2和激光束3之间的夹角为40度。其中,本实施例电极2产生的电弧21为等离子弧。
实施例4。
本实施例中,焊接母材为锆基非晶合金Zr-Cu-Ni-Al-Nb,焊接工件1为铝工件。
见图1。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为旁轴复合设置,即电极2和激光束3为不同轴设置,且电极2和激光束3之间形成锐角的夹角。本实施例中,电极2和激光束3之间的夹角为60度。其中,本实施例电极2产生的电弧21为TIG电弧。
实施例5。
本实施例中,焊接母材为锆基非晶合金Zr-Cu-Ni-Al-Nb,焊接工件1为铌工件。
见图1。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为旁轴复合设置,即电极2和激光束3为不同轴设置,且电极2和激光束3之间形成锐角的夹角。本实施例中,电极2和激光束3之间的夹角为35度。其中,本实施例电极2产生的电弧21为TIG电弧。
实施例6。
本实施例中,焊接母材为锆基非晶合金Zr-Cu-Ni-Al-Nb,焊接工件1为镍铝合金工件。
见图2。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为同轴复合设置。本实施例中,激光束3包括对称设置的第一激光束31和第二激光束32,电极2设置于第一激光束31和第二激光束32之间,且第一激光束31和第二激光束32之间的对称轴与电极2为同轴设置。其中,本实施例电极2产生的电弧21为TIG电弧。
实施例7。
本实施例中,焊接母材为铜基非晶合金Cu-Ti-Zr-Ni,焊接工件1为铜镍合金工件。
见图2。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为同轴复合设置。本实施例中,激光束3包括对称设置的第一激光束31和第二激光束32,电极2设置于第一激光束31和第二激光束32之间,且第一激光束31和第二激光束32之间的对称轴与电极2为同轴设置。其中,本实施例电极2产生的电弧21为等离子弧。
实施例8。
本实施例中,焊接母材为锆基非晶合金Zr-Ti-Cu-Ni-Be,焊接工件1为铍工件。
见图3。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为同轴复合设置。本实施例中,电极2包括对称设置的第一电极组22和第二电极组23,激光束3设置于第一电极组22和第二电极组23之间,且第一电极组22和第二电极组23之间的对称轴与激光束3为同轴设置。其中,本实施例电极2产生的电弧21为等离子弧。
实施例9。
本实施例中,焊接母材为锆基非晶合金Zr-Ti-Cu-Ni-Be,焊接工件1为钛工件。
见图3。本实施例的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,焊接方式为,电极2和激光束3为同轴复合设置。本实施例中,电极2包括对称设置的第一电极组22和第二电极组23,激光束3设置于第一电极组22和第二电极组23之间,且第一电极组22和第二电极组23之间的对称轴与激光束3为同轴设置。其中,本实施例电极2产生的电弧21为MIG电弧。
焊接强度测试
通过测试焊接处的抗拉强度值,从而判断焊接强度性能的好坏。
对上述实施例1至9中已焊接好的结构件进行抗拉强度测试,记录最大抗拉强度值。结果如表1所示。
将上述实施例1至9中已焊接好的结构件分别标记为样品1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、和9#。
表1 实施例1至实施例9中已焊接好的结构件的强度测试
样品 |
1# |
2# |
3# |
4# |
5# |
6# |
7# |
8# |
9# |
抗拉强度/GPa |
1.4 |
1.6 |
1.3 |
1.5 |
1.2 |
1.3 |
1.1 |
1.3 |
1.6 |
由表1可知,采用本发明提供的一种非晶合金的激光电弧复合焊接方法,能够使得非晶合金与焊接工件焊接后的结构件具有很高的抗拉强度,其最大抗拉强度达到1.6GPa。从而说明了,非晶合金与焊接工件的焊接处的强度非常高。
最后应当说明的是,以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。