CN105458502A - 通过激光连接黄铜合金部件的方法和所形成的构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通过激光热传导焊连接黄铜合金部件的方法以及通过该方法所制备的构件。所述方法包括步骤：提供第一和第二黄铜合金部件并使得第一黄铜合金部件的边缘部位与第二黄铜合金部件的边缘部位接触；在第一黄铜合金部件和第二黄铜合金部件的边缘部位的接触面处，至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有沟槽；使用激光焊接所述接触面。

Description

通过激光连接黄铜合金部件的方法和所形成的构件

技术领域

本发明涉及焊接连接技术领域，尤其涉及黄铜合金部件的焊接连接和使用该方法所形成的构件。

背景技术

黄铜合金部件中的黄铜成分具有高热传导系数以及其中的锌成分在焊接过程中蒸发，因此黄铜合金部件的焊接一直是行业内的难题。由于上述原因，造成焊缝质量难以控制且焊接效率较低(焊接速度慢，需要准备焊丝或填充材料以及焊前和焊后的处理)。

有鉴于此，确有需要提供一种能够至少部分地解决上述问题的新型的黄铜合金部件的连接方法和使用该方法所形成的构件。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提供了一种通过激光热传导焊连接黄铜合金部件的方法，包括步骤：

提供第一和第二黄铜合金部件并使得第一黄铜合金部件的边缘部位与第二黄铜合金部件的边缘部位接触；

在第一黄铜合金部件和第二黄铜合金部件的边缘部位的接触面处，至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有沟槽；

使用激光焊接所述接触面。

优选地，在所述接触面处至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有凸起。

优选地，在使用激光焊接所述接触面的步骤中，使用激光照射所述凸起以使其熔化形成熔池。

优选地，熔池通过热传导将热量传给未熔化的部分，使得加深熔池的深度的同时扩大熔池的表面积。

优选地，所述熔池的宽度是熔池深度的1-5倍，优选3倍。

优选地，所述沟槽位于使用激光焊接接触面所形成的焊缝的下面，使得在焊缝根部产生的蒸汽得以逸出并且使得随蒸汽一起逸出的飞溅物不会落入到第一和第二黄铜合金部件内部。

优选地，在使用激光焊接所述接触面的步骤中，使用散焦量为+10～+15mm，光斑直径为2～3mm的激光光束照射第一和第二黄铜合金部件。

优选地，在焊接时激光的功率为2500-3000W和焊接速度为10-18mm/s。

优选地，来自激光器的激光被分成两个光束或被拉长光斑，并经过散焦后射到第一和第二黄铜合金部件上。

优选地，使用激光焊接所述形成的焊缝为线性焊缝或三维焊缝。

优选地，所述凸起在焊接中至少部分融化以至少部分地弥补第一和第二黄铜合金部件中的锌成分的蒸发和焊接中的飞溅所造成的材料损失。

优选地，所述凸起的宽度为1-2mm，高度为0.5-1mm。

优选地，在焊接的过程中使用保护气体对焊接区域进行保护，所述保护气体为氩气、氦气或它们的混合气体。

根据本发明的另一方面，提供了一种由第一黄铜合金部件和第二黄铜合金部件制成的构件，所述第一黄铜合金部件的边缘部位与第二黄铜合金部件的边缘部位接触，其中，在第一黄铜合金部件和第二黄铜合金部件的边缘部位的接触面处，至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有沟槽，所述沟槽用于容纳在激光焊接过程中从焊缝根部逸出的蒸汽和随蒸汽一起逸出的飞溅物而位于通过激光焊接所述接触面所形成的焊缝的下面。

在一实施例中，在所述接触面处至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有能够在激光的照射下熔化形成熔池的凸起。

在一实施例中，所述熔池的宽度是熔池深度的1-5倍，优选3倍。

在一实施例中，使用激光焊接所述形成的焊缝为线性焊缝或三维焊缝。

在一实施例中，所述凸起的宽度为1-2mm，高度为0.5-1mm。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的用以连接两个黄铜合金部件的焊接接口的在焊接前的剖面图；

图2是图1中所示的用以连接两个黄铜合金部件的焊缝的示意图；

图3是根据本发明的一个应用实例的通过激光焊接连接的两个黄铜合金部件在焊接前的剖面图；和

图4是图3中圆圈12内的部件的放大图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-4，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

在本发明的一个实施例中，提供了一种通过激光热传导焊接工艺连接两个黄铜合金零部件(即第一和第二黄铜合金部件)的方法。两个零部件的边缘部位首先对接在一起。激光焊接时，使用特定散焦量(+10～+15mm)且光斑直径为2～3mm的激光光束对两个黄铜合金部件加热。此外，在焊接时通过调整激光功率(2500W～3000W)和焊接速度(10～18mm/s)可以得到较深熔深，同时具有一定宽度的焊缝。扩大的熔池使得锌蒸汽更易于逸出焊接区域，焊缝更稳定。在两个黄铜合金部件的至少一个上设有凸起设计，宽度为1～2mm，高度为0.5～1mm。在至少一个黄铜合金部件上设有沟槽设计，其位于焊缝的下方，以减少焊接时在焊缝根部的气孔同时收集向下的飞溅物以防止其进入两个黄铜合金部件的内部。在焊接时，凸起将被部分或完全熔化以至少部分地弥补锌蒸发以及焊接时材料飞溅造成的焊缝下陷。同时可以将激光光束分成两束或拉长光斑，获得进一步扩大的焊缝，使得焊接过程更加稳定。

如图1中所示，两个黄铜合金部件1和2将被使用激光焊接连接。第一黄铜合金部件1的边缘部位4和第二黄铜合金部件2的边缘部位5接触，在它们的接触面上设有沟槽6、7。可以理解，也可以在接触面上仅设置一个沟槽或设置更多的沟槽，这可以根据实际情况进行选择。

激光束3通过离焦处理后投射在第一和第二黄铜合金部件1、2上。如图所示，第一和第二黄铜合金部件1和2的位于接触面附近的上表面上分别设置有凸起8、9。可以理解，也可以仅在第一和第二黄铜合金部件1和2的一个上设置有凸起设计。

在焊接时使用氩气(Ar)、氦气(He)、或它们的混合气体对焊接区域进行保护。第一和第二黄铜合金部件1和2吸收激光能量后熔化，然后熔池通过热传导将热量传给未熔化部分，加深熔池的深度的同时扩大熔池的表面积而得到一个较宽的熔池(宽度约为熔深1-5倍，在本示例中为3倍)。较大的熔池使焊接中产生的锌蒸汽有更多的时间从液态熔池中逸出，从而减少由残留在焊缝中锌蒸汽形成的气孔。同时在焊缝下部的沟槽6、7可以使得在焊缝根部产生的蒸汽得以逸出，同时这种结构也保证随着蒸汽逸出带来的金属颗粒飞溅物不会进入部件内部。

第一和第二黄铜合金部件1、2上的凸起8、9在焊接中熔化以至少部分地弥补锌蒸发和焊接中的飞溅造成的金属材料损失，从而得到熔深足够，质量完好的，具有如图2中所示形状的焊缝10。

图3示出了使用本发明的激光热传导焊连接黄铜合金部件的方法的一个应用实例。具体地，在图3中示出了一种阀构件(具体是阀体)上的两个由黄铜合金构成的黄铜合金部件1和2。所述两个黄铜合金部件1和2需要用激光焊接。其成份为(重量百分比)：

铜58.30％

锌39.96％

铅1.46％

锡0.08％

铁0.16％

镍0.04％

黄铜合金部件1、2为旋转对称结构，由螺纹11联接在一起。第一黄铜合金部件1的边缘部位4和第二黄铜合金部件2的边缘部位5接触。使用激光器为TrumpfTruedisc4002激光器，其波长为1060nm。光束被分成两束，并经过散焦后射向需要焊接的黄铜合金部件上。黄铜合金部件上的凸起8、9在本应用中的设计尺寸为1mm宽和0.5mm高，沟槽6、7分别为0.3mm宽，0.8mm高。照射在黄铜合金部件上的光斑半径可以通过调整光束源到部件的距离来调节，在黄铜合金部件上的光斑半径为3mm。激光功率可以在2.5kW至3.0kW之间变化。黄铜合金部件1和2旋转的线速度为15mm/s至20mm/s。保护气体为氩气(Ar)，流量大于15L/min。上述的焊接产生一个一致的连续焊缝。焊缝深度为1.3mm，宽度为4.2mm。

本发明可以以许多不同的形式来实现，如线性焊缝或三维焊缝，并不限于本文所描述的实例。

如上文可知，本发明还提供一种使用上述的方法所形成的构件。具体地，所述构件由第一黄铜合金部件1和第二黄铜合金部件2制成。第一黄铜合金部件1的边缘部位4与第二黄铜合金部件2的边缘部位5接触。在第一黄铜合金部件1和第二黄铜合金部件2的边缘部位4、5的接触面处，至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有沟槽6、7，所述沟槽6、7用于容纳在激光焊接过程中从焊缝根部逸出的蒸汽和随蒸汽一起逸出的飞溅物而位于通过激光焊接所述接触面所形成的焊缝的下面。

具体地，在所述接触面处至少在第一和第二黄铜合金部件1、2的一个上设置有能够在激光的照射下熔化形成熔池的凸起8、9。所述凸起的宽度为1-2mm，高度为0.5-1mm。

优选地，所述熔池的宽度是熔池深度的1-5倍，优选3倍。

在一个实施例中，使用激光焊接所述形成的焊缝为线性焊缝或三维焊缝。

如本领域中已知的，使用传统的电弧焊接方法很难稳定地焊接黄铜合金部件。其需要控制很多的参数，包括预热处理、焊接功率、电流和速度、焊丝的进给速度等。使用激光深熔焊焊接黄铜合金时，由于锌的剧烈蒸发，导致不稳定性增加。同时需要特殊设计的焊接接口尺寸以保证熔深。使用填充材料的激光焊接需要在焊接前将填充材料正确放置，增加了焊接过程的复杂性。

本发明的实施例所提供的通过激光热传导焊连接黄铜合金部件的方法和使用该方法所制成的构件相比上述的各种技术至少具有以下优点中的至少一种：

1)比传统电弧焊接技术焊接速度高5倍以上，能够获得更高生产效率。

2)相比传统电弧焊接技术，热影响区较小，对焊接区域附近的热敏感零部件有较好保护。

3)不必进行焊后表面清洁抛光处理。

4)和之前提出的黄铜合金激光焊接以及其他黄铜合金焊接方式相比，本发明的方法不需额外的工艺处理，填充材料或对焊缝设计尺寸的严格要求。

5)激光热传导焊接比激光小孔焊接更加稳定，因为焊接产生的锌蒸汽有更长时间可以从液态熔池逸出。

以上仅为本发明的一些实施例，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (17)

1.一种通过激光热传导焊连接黄铜合金部件的方法，包括步骤：

提供第一和第二黄铜合金部件并使得第一黄铜合金部件的边缘部位与第二黄铜合金部件的边缘部位接触；

在第一黄铜合金部件和第二黄铜合金部件的边缘部位的接触面处，至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有沟槽；

使用激光焊接所述接触面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述接触面处至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有凸起。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在使用激光焊接所述接触面的步骤中，使用激光照射所述凸起以使其熔化形成熔池。

4.根据权利要求3所述的方法，其中熔池通过热传导将热量传给未熔化的部分，使得加深熔池的深度的同时扩大熔池的表面积。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述熔池的宽度是熔池深度的1-5倍，优选3倍。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述沟槽位于使用激光焊接接触面所形成的焊缝的下面，使得在焊缝根部产生的蒸汽得以逸出并且使得随蒸汽一起逸出的飞溅物不会落入到第一和第二黄铜合金部件内部。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中在使用激光焊接所述接触面的步骤中，使用散焦量为+10～+15mm，相应光斑直径为2～3mm的激光光束照射第一和第二黄铜合金部件。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在焊接时激光的功率为2500-3000W和焊接速度为10-18mm/s。

9.根据权利要求7所述的方法，其中来自激光器的激光被分成两个光束或被拉长光斑，并经过散焦后射到第一和第二黄铜合金部件上。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中使用激光焊接所述形成的焊缝为线性焊缝或三维焊缝。

11.根据权利要求2-10中任一项所述的方法，其中所述凸起在焊接中至少部分融化以至少部分地弥补第一和第二黄铜合金部件中的锌成分的蒸发和焊接中的飞溅所造成的材料损失。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述凸起的宽度为1-2mm，高度为0.5-1mm。

13.一种由第一黄铜合金部件和第二黄铜合金部件制成的构件，所述第一黄铜合金部件的边缘部位与第二黄铜合金部件的边缘部位接触，其中，在第一黄铜合金部件和第二黄铜合金部件的边缘部位的接触面处，至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有沟槽，所述沟槽用于容纳在激光焊接过程中从焊缝根部逸出的蒸汽和随蒸汽一起逸出的飞溅物而位于通过激光焊接所述接触面所形成的焊缝的下面。

14.根据权利要求13所述的构件，其中在所述接触面处至少在第一和第二黄铜合金部件的一个上设置有能够在激光的照射下熔化形成熔池的凸起。

15.根据权利要求14所述的构件，其中所述熔池的宽度是熔池深度的1-5倍，优选3倍。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的构件，其中使用激光焊接所述形成的焊缝为线性焊缝或三维焊缝。

17.根据权利要求14所述的构件，其中所述凸起的宽度为1-2mm，高度为0.5-1mm。