CN114367742A - 一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法，其特征在于：包括如下步骤：100：清洗打磨铁镍合金；200：对铁镍合金表面进行喷丸处理，使铁镍合金的上下表面及待焊的截面具有一定的粗糙度，粗糙度范围为1.0μm‑2.5μm；300：按搭接自熔焊或对接自熔焊的方式对工件进行装配；400：将激光作用在具有一定粗糙度的铁镍合金表面上，沿预设焊接方式和轨迹来进行焊接。

Description

一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法
技术领域：
本发明涉及一种金属激光焊接的技术领域，尤其涉及一种减少铁镍合金激光焊接气孔以及提高焊缝熔深的方法。
背景技术：
在现有技术中，Invar36合金、Invar42等铁镍合金有极低的热膨胀系数，广泛应用于航天设备、精密仪器、钟表、地震蠕变仪、电视影罩架、电机阀门、液化天然气储罐和防磁手表等需要高尺寸稳定性的领域。
铁镍合金薄板通常采用弧焊即可完成焊接，铁镍合金厚板通常采用MIG焊方法，在接头处开坡口，然后进行MIG填丝焊，但是MIG焊的热输入大易造成工件的变形且填丝焊会导致热膨胀系数的不匹配，降低焊接质量。
另外，铁镍合金中有较高的镍含量，熔池流动性较差，气体在熔池中不易排出，易产生缺陷。
而激光焊接具有能量密度高，热输入小且效率高等优点，使用激光焊接厚板可省略开坡口和填丝过程，降低焊接成本的同时，也不会影响铁镍合金的热膨胀系数。
激光作为热源进行焊接的原理是通过高能量的激光光束照射合金表面，合金吸收激光的能量，温度迅速升高，发生熔化和蒸发形成熔池。但是实际情况中，激光光束照射在合金表面时，仅有一部分能量被吸收，其他能量被反射开来，同时，激光照射下金属蒸发产生蒸汽，易产生焊接气孔等缺陷。
而在减少激光焊接焊缝气孔的问题上，在专利号：US20190262942A1的专利中描述了一种激光深熔焊方法及装置，通过双束激光的方法，第一束激光在材料表面加工出匙孔，第二束激光在其基础上进行深熔焊接，这种方法可以达到焊接质量好，熔深高等效果。
但是上述方法的实现成本较高，而且没有考虑到金属对激光能量的吸收率问题，对粗糙度的范围也没有限定，实际可操作性不强。
因此目前需要一种可提供良好焊接质量的激光焊接铁镍合金的方法。
发明内容：
本发明本旨在克服上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种减少激光焊接铁镍合金气孔的方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S100：清洗打磨铁镍合金；
S200：对铁镍合金表面进行喷丸处理，使铁镍合金的上下表面及待焊的截面具有一定的粗糙度，粗糙度范围为1.0μm-2.5μm；
S300：按搭接自熔焊或对接自熔焊的方式对工件进行装配；
S400：将激光作用在具有一定粗糙度的铁镍合金表面上，沿预设焊接方式和轨迹来进行焊接。
在一些实施例中，在所述步骤S100中，所述铁镍合金为Invar36、Invar42及NILO365合金。
在一些实施例中，在所述步骤S200中，所述的喷丸处理采用压缩空气驱动丸粒喷丸法或激光喷丸法。
在一些实施例中，在所述步骤S200中，喷丸处理的铁镍合金表面是搭接自熔焊中焊接区域的上表面或对接自熔焊中焊接区域的上表面、下表面及焊接截面。
在一些实施例中，步骤S300中，所述搭接自熔焊的方式不使用背部保护气，所述对接自熔焊的方式使用背部保护气。
与现有技术相比，本发明的主要有益效果在于：
1.本发明方法可提高铁镍合金激光焊接的质量，减少焊缝中的气孔数量，提高焊接的熔深。
2.本发明方法可提高铁镍合金焊接的效率，通过优化参数，达到节能高效的目的。
3.本发明方法操作简单，成本低，易于实际应用。
附图说明：
图1揭示了本发明一实施例中的一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法流程图；
图2揭示了本发明一实施例中，搭接自熔焊的INVAR合金的喷丸处理示意图；
图3揭示了本发明一实施例中，对接自熔焊的INVAR合金的喷丸处理示意图；
图4揭示了本发明一实施例中，搭接自熔焊的焊接示意图；
图5揭示了本发明一实施例中，对接自熔焊的焊接示意图；
图6揭示了本发明一实施例中的金相显微图片。其中:
图6a为未喷丸INVAR36合金的焊缝金相图，
图6b为喷丸4遍INVAR36合金的焊缝金相图，
图6c为喷丸6遍INVAR36合金的焊缝金相图。
具体实施方式：
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参考图1并结合图2-图5，本发明中的减少铁镍合金激光焊接气孔的方法是通过对铁镍合金表面进行喷丸处理，形成一定粗糙度，使激光焊接时激光在粗糙表面发生漫反射，提高材料对激光的吸收程度，加快熔池的形成，间接增加熔池存在的时间，使得气体更容易从熔池中逸出，减少气孔的形成。
如图1本发明方法的流程图所示，本发明方法的流程为：
S100：对铁镍合金进行清洗打磨，得到表面较为光滑的铁镍合金；
S200：对清洗打磨后的铁镍合金表面进行喷丸，如图2图3所示，使用喷丸设备对铁镍合金的搭接焊焊接方向的上表面2以及对接焊焊接方向的上表面3、对接面4及下表面5进行喷丸，得到具有一定粗糙度的合金表面；
S300：将处理好的铁镍合金进行装夹固定，如图4图5所示，使用第一夹具7、第二夹具8、第三夹具9和第四夹具10将处理好的铁镍合金按焊接要求固定在焊接平台上；
S400：将激光6作用在铁镍合金表面并沿焊接方向进行焊接；
S500：待焊接工件冷却后取下。
第一实施例：
本实施例进行激光搭接自熔焊9mm厚INVAR36合金，尺寸：长300mm、宽150mm。
具体步骤可以为：
1、使用角磨机对6块9mm厚INVAR36合金表面进行打磨，以去除氧化皮，然后使用酒精对6块INVAR36合金表面进行清洗，去除油污。
2、使用喷丸设备对INVAR36合金的上表面2进行喷丸，枪头1的移动速度为2m/min，6块INVAR36合金分为3组，将各组中的一块合金上表面2分别喷丸0、4、6遍,得到的INVAR36合金表面经过粗糙度仪测量，粗糙度为0.3μm、2.1μm、2.5μm。
3、将2块INVAR36合金放置在焊接平台上，使用第一夹具7、第二夹具8、第三夹具9和第四夹具10夹具按搭接方式进行固定，其中喷丸的合金面朝上。
4、将激光2作用在INVAR36合金的上表面2，沿合金的喷丸面进行焊接，焊接参数：8KW激光功率、0.4m/min焊接速度、-3mm离焦量、无气体保护。
5、待INVAR36合金冷却后取下，重复进行3次实验。
第二实施例：
本实施例进行激光对接自熔焊9mm厚INVAR36合金，尺寸：长300mm、宽150mm。
具体步骤为：
1、使用角磨机对6块9mm厚INVAR36合金表面进行打磨，以去除氧化皮，然后使用酒精对6块INVAR36合金表面进行清洗，去除油污。
2、使用喷丸设备对6块INVAR36合金的上表面3、对接面4及下表面5进行喷丸，枪头1的移动速度为2m/min,6块INVAR36合金分为3组，将3组合金的上表面3、对接面4及下表面5分别喷丸0、4、6遍,得到的INVAR36合金表面经过粗糙度仪测量，粗糙度为0.3μm、1.9μm、2.6μm。
3、将2块INVAR36合金放置在焊接平台上，使用第一夹具7、第二夹具8、第三夹具9和第四夹具10以对接方式进行固定，其中喷丸的合金面处于对接处。
4、将激光作用在2块INVAR36合金的对接处，沿合金对接面进行焊接，焊接参数：6KW激光功率、0.4m/min焊接速度、-3mm离焦量、0.15mm间隙、18L/min氩气保护气及背部保护气。
5、待INVAR36合金冷却后取下，重复进行3次实验。
6、将对接自熔焊焊缝进行切割取样，进行金相观察。
如图6所示，分别为实施例2中，图6a为未喷丸INVAR36合金的焊缝金相图，图6b为喷丸4遍INVAR36合金的焊缝金相图，图6c为喷丸6遍INVAR36合金的焊缝金相图。
从图6的三个附图可以看出，焊缝上表面的凹陷程度随着喷丸次数的增加而增加，下表面的凸起程度随着喷丸次数的增加而增加，这说明喷丸处理提高了INVAR36合金表面对激光的吸收率，有更多的能量用于形成熔池，加快了熔池的形成即增加了熔池的存在时间，所以焊缝的熔深增加，气孔逸出的时间增加，气孔率降低。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求的限制。

Claims (5)

1.一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S100：清洗打磨铁镍合金；
S200：对铁镍合金表面进行喷丸处理，使铁镍合金的上下表面及待焊的截面具有一定的粗糙度，粗糙度范围为1.0μm-2.5μm；
S300：按搭接自熔焊或对接自熔焊的方式对工件进行装配；
S400：将激光作用在具有一定粗糙度的铁镍合金表面上，沿预设焊接方式和轨迹来进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法，其特征在于：在所述步骤S100中，所述铁镍合金为Invar36、Invar42及NILO365合金。
3.根据权利要求1所述的一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法，其特征在于：在所述步骤S200中，所述的喷丸处理采用压缩空气驱动丸粒喷丸法或激光喷丸法。
4.根据权利要求1所述的一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法，其特征在于：在所述步骤S200中，喷丸处理的铁镍合金表面是搭接自熔焊中焊接区域的上表面或对接自熔焊中焊接区域的上表面、下表面及焊接截面。
5.根据权利要求1所述的一种减少铁镍合金激光焊接气孔的方法，其特征在于：步骤S300中，所述搭接自熔焊的方式不使用背部保护气，所述对接自熔焊的方式使用背部保护气。
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