CN113894420A - 一种钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法。本发明通过在焊接缝处外加装玻璃空腔，密封并抽取空腔内气体的方式，营造了激光焊接的真空条件，在焊接过程中阻止了气体与熔池的接触和污染。以焊接局部真空替代整体设备真空，结构简单，抽真空时间短，提高了焊接效率，成本低，制作简单，效率高，能耗低，可用于工业生产；以来源广泛、成本低廉、成型容易且使用红外激光透过率≥95％的石英玻璃为材料，替代成本高、制作过程复杂的金属材料制作真空室，可以根据焊接件的结构进行定制设计，真空室准备时间短，对结构复杂构件的焊接适应性强，配合更加灵活；相比于现有激光焊接工装和工艺，有效地降低钨/钼及其合金焊接缝处的杂质。

Description

一种钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法
技术领域
本发明涉及一种钨/钼及其合金构件局部焊接方法，特别涉及一种钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法。
背景技术
钨/钼及其合金高温强度高，但是由于其熔点较高，焊接难度较大。同时钨/钼对杂质O、N、C等十分敏感，在焊接过程中，很容易被氧化，微量的氧就会使钨钼的脆性转变温度急剧上升导致低温脆化。在钨/钼焊接的过程中，主要面临两方面的问题：一是在焊接缝处容易形成粗大组织，使综合力学性能下降；二是空气中气体会进入熔池，在焊接及冷却的过程中，焊缝中会形成气孔、夹杂、裂纹等缺陷。为了减少粗大组织可以使用加快焊后冷却速度、热处理、加入添加剂等手段改善。为了降低O、N、C等杂质元素对焊缝力学性能的影响，改善焊接效果，需要在真空条件下焊接。真空焊接的方法对于金属焊接的质量和效率至关重要，目前的真空焊接设备系统复杂，需要将电子束和激光器设置在真空室内部，体积庞大。如此以来，虽然焊接质量得到改善，但是设备要求高，效率低下，对于异性或者复杂结构焊接困难较大。
现有的真空激光焊接设备存在以下方面的问题：
1、设备系统结构复杂，体积较大，投资高；
2、抽真空时间长，效率低；
3、对于异形和结构复杂结构焊接较为困难；
4、耗能较高。
近年来，针对钨/钼及其合金真空焊接方面的缺点，业界人士对焊接方法进行了一定程度的改进。主要包括以下几个方面：1、提高智能化方面，如专利号CN 209256140 U焊接装置的各个系统均受电控系统的控制，有效减少了人工操作更加智能化。2、提高灵活性方面，如在专利号CN 109570722 A，焊接工作台可以180°旋转和360°旋转，真空室体积可以根据焊件大小灵活调整，焊接工艺可进行切换。3、焊接监测方面，如专利号CN 210046159 U和CN 110102894 A都在原有焊接装置的基础上增加了对真空焊接室内工件上熔池进行熔池深度监测的监测装置，从而有效提高焊接质量。但是对焊接设备简化方面的研究报道较少，且很难做到设备简化与焊接效果的兼顾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在保证焊接质量的基础上有效简化钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)对待焊接的构件的焊接面打磨，除去表面的氧化层，保证焊接材料接触面平整和光洁；
2)将备焊材料对接-固定后，将焊接部分装入玻璃空腔中，然后向玻璃空腔中充入氩气，以排空其中空气，并完成封装；
所述的玻璃空腔材质为对红外激光透过率≥95％的石英玻璃，厚度为8-12mm；
3)抽取玻璃空腔中的氩气，使其真空度达到1×10-3～1×10-4Pa；
4)将上述组装部件放置在焊接平台上，对透过玻璃的激光焊接，进行参数优化，与常规焊接相比，透过玻璃焊接时，焦距增大4-6mm，即激光头和工件表面之间的距离增大4-6mm；
5)焊接及冷却完成后，除去玻璃空腔并对焊接后材料进行热处理，消除焊接应力得到焊接部件。
所述步骤1)是对待焊接的构件的焊接面表面用酒精和无尘布进行擦洗以除去表面的油污，再用角磨机打磨母材去除待焊接表面的氧化膜，然后用洁净的不锈钢丝刷再次处理待焊接表面，使其光滑平整，用吹风机吹干残余酒精。
所述步骤2)中备焊材料紧密对接，玻璃空腔充入氩气以后，在其与备焊材料接触处采用可充气膨胀的气囊式橡胶密封圈，实现玻璃腔室和工件之间的良好密封。
所述步骤4)中要将组装部件放置在焊接平台上，配合激光器做相应的上下、左右和旋转运动。
所述步骤5)的热处理是将焊接后的材料置于真空退火炉中，加热到1300-1400℃，并保持1-2h，然后炉冷至室温，得到焊接后的产品。
本发明通过在焊接缝处外加装玻璃空腔，密封并抽取空腔内气体的方式，营造了激光焊接的真空条件，在焊接过程中阻止了气体与熔池的接触和污染。
相比现在技术本发明具有以下优点：
1、以焊接局部真空替代整体设备真空，结构简单，抽真空时间短，提高了焊接效率，成本低，制作简单，效率高，能耗低，可用于工业生产；
2、以来源广泛、成本低廉、成型容易且使用红外激光透过率≥95％的石英玻璃为材料，替代成本高、制作过程复杂的金属材料制作真空室，可以根据焊接件的结构进行定制设计，真空室准备时间短，对结构复杂构件的焊接适应性强，配合更加灵活；3、相比于现有激光焊接工装和工艺，有效地降低钨/钼及其合金焊接缝处的杂质。
附图说明
图1是本发明玻璃罩的结构示意图；
图2是图1的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法包括以下步骤：
1)对待焊接的钨/钼合金管1的焊接表面用酒精和无尘布进行擦洗以除去表面的油污，再用角磨机打磨母材去除待焊接表面的氧化膜，然后用洁净的不锈钢丝刷再次处理待焊接表面，使其光滑平整，用吹风机吹干残余酒精，放至工作台待焊。这样可以除去焊接缝处的杂质，并且有利于后面步骤的装配；
2)参见图1，将钨/钼合金管1紧密对接-固定后即焊接缝6紧密对接-固定，根据焊件大小选择合适的玻璃空腔3，玻璃空腔材质为对红外激光透过率≥95％的石英玻璃，厚度为8-12mm，从而大大减少抽真空所需的时间，将焊接部分装入玻璃空腔中，然后在玻璃空腔的两端分别用端塞5和密封塞7进行密封，然后向玻璃空腔3中充入氩气，以排空其中空气，从而防止在备焊材料和空腔装配以及抽真空的过程中被氧化，参见图2，在玻璃空腔3密封处2即玻璃空腔的侧壁2-3与备焊材料接触处2-4做好密封，“密封圈2-2”是气囊式(空心)橡胶密封圈，可充气膨胀，将玻璃腔室安装到合适位置后，通过充气口2-1给气囊式(空心)橡胶密封圈充气来实现玻璃腔室和工件之间的良好密封。从而保证接下来抽真空和激光焊接的过程顺利进行。并完成封装；
3)通过抽气口4用真空泵抽取玻璃空腔3中的氩气，使其真空度达到1×10-3～1×10-4Pa，抽真空完成后进行密封，以营造焊接的真空条件阻止焊接过程中熔池与气体的接触，也可以减少激光能量的损耗。
4)将上述组装部件放置在焊接平台上，配合激光器做相应的上下、左右和旋转运动，从而便于接下来焊接的灵活操作，对透过玻璃的激光焊接，进行参数优化，与常规焊接相比，透过玻璃焊接时，焦距增大4-6mm，即激光头和工件表面之间的距离增大4-6mm；
5)焊接及冷却完成后，除去玻璃空腔并对焊接后材料进行热处理，消除焊接应力得到焊接部件；
所述的热处理是将焊接后的材料置于真空退火炉中，加热到1300-1400℃，并保持1-2h，然后炉冷至室温，得到焊接后的产品。将焊接后的材料置于真空退火炉中，能够消除焊接过程中形成的气泡、偏析等缺陷，调整强度，调整组织的同时还能避免与其他气体的接触。

Claims (5)

1.一种钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
1)对待焊接的构件的焊接面打磨，除去表面的氧化层，保证焊接材料接触面平整和光洁；
2)将备焊材料对接-固定后，将焊接部分装入玻璃空腔中，然后向玻璃空腔中充入氩气，以排空其中空气，并完成封装；
所述的玻璃空腔材质为对红外激光透过率≥95％的石英玻璃，厚度为8-12mm；
3)抽取玻璃空腔中的氩气，使其真空度达到1×10-3～1×10-4Pa；
4)将上述组装部件放置在焊接平台上，对透过玻璃的激光焊接，进行参数优化，与常规焊接相比，透过玻璃焊接时，焦距增大4-6mm，即激光头和工件表面之间的距离增大4-6mm；
5)焊接及冷却完成后，除去玻璃空腔并对焊接后材料进行热处理，消除焊接应力得到焊接部件。
2.根据权利要求1所述的钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法，其特征在于：所述步骤1)是对待焊接的构件的焊接面表面用酒精和无尘布进行擦洗以除去表面的油污，再用角磨机打磨母材去除待焊接表面的氧化膜，然后用洁净的不锈钢丝刷再次处理待焊接表面，使其光滑平整，用吹风机吹干残余酒精。
3.根据权利要求1所述的钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法，其特征在于：所述步骤2)中备焊材料紧密对接，玻璃空腔充入氩气以后，在其与备焊材料接触处采用可充气膨胀的气囊式橡胶密封圈，实现玻璃腔室和工件之间的良好密封。
4.根据权利要求1所述的钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法，其特征在于：所述步骤4)中要将组装部件放置在焊接平台上，配合激光器做相应的上下、左右和旋转运动。
5.根据权利要求1所述的钨/钼及其合金构件局部真空激光焊接方法，其特征在于：所述步骤5)的热处理是将焊接后的材料置于真空退火炉中，加热到1300-1400℃，并保持1-2h，然后炉冷至室温，得到焊接后的产品。
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