CN1660537A - 一种用于钛合金激光焊接的活性剂使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于钛合金激光焊接的活性剂使用方法，尤指在钛合金激光焊接时使用活性剂及将其涂覆在焊接工件表面的方法，在使用大功率的CO2气体激光器或固体YAG激光器对钛合金工件进行焊接前，选用粉末状的A－TIG钛合金活性剂，活性剂用丙酮或酒精配成便于涂覆的溶液，用喷涂或毛刷刷涂的方法将上述溶液涂覆在工件的待焊部位，厚度不超过0.5mm为宜，待活性剂层干燥后实施激光焊，根据焊缝成形结果分析，焊缝咬边明显消除，焊缝熔透性提高，焊缝平均宽度增加。接头力学性能分析焊缝硬度略有下降，接头强度略有提高，底应力水平疲劳寿命增大。

Description

一种用于钛合金激光焊接的活性剂使用方法
本发明是一种用于钛合金激光焊接的活性剂使用方法，尤指在钛合金激光焊接时使用活性剂及将其涂覆在焊接工件表面的方法，属于激光焊接工艺技术领域。
激光是20世纪发展起来的新技术，激光焊又是激光在材料加工领域中主要应用之一。与常规焊接方法相比，功率密度大于105W/cm2的高能束流激光具有加热集中，对材料的热损伤小，焊接过程受电磁力的影响小，焊接速度高，可获得焊缝深宽比大、热影响区小的焊接接头，焊接变形小精度高，焊缝质量可与电子束焊媲美，而不需真空环境。激光焊现已成为汽车制造的标准工艺，随着激光光束模式的提高，激光焊应用技术研究的深入，激光焊在航空领域的应用日益增多，其中钛合金激光焊技术的开发引起了工业界的关注。
目前的钛合金焊接激光焊研究均表明钛合金激光焊接头与母材等强，但存在易产生焊缝气孔和咬边缺陷，这均是由于激光焊过程焊缝形成特性所致。其中针对焊缝咬边缺陷国内外已开展了不少的研究。激光焊的高能束流特性，使得大功率激光焊形成焊缝的过程产生小孔效应，伴随着小孔的形成，小孔中的金属蒸汽以亚音速或音速向外喷发，导致小孔周围的熔池金属受到很大的向外迁移的力，在工件表面产生很高的熔池金属冠，又由于激光焊过程冷却速度快，钛合金液体金属的粘度大，当激光前移，熔池金属冠不能完全及时回落到工件表面润湿铺展开，从而造成焊缝咬边。现有控制咬边的技术方法主要有：(1)激光填丝焊；(2)激光修饰焊；(3)激光入射角偏转及焊接工艺参数控制等。并具有一定的效果。激光填丝焊通过额外添加金属可有效地克服焊缝咬边缺陷，但填丝需要消耗部分激光能量，将会大大降低焊接速度，此外填丝焊不能消除焊缝气孔，要求送丝位置和定位准确形要求高，因此增加了焊接工艺过程控制的难度。激光修饰焊对焊缝咬边和焊缝气孔的消除都有利，但需散焦焊，这对CO2激光焊是较难实现的。激光入射角偏转及焊接工艺参数控制对于钢激光焊气孔和焊缝成形缺陷的控制有一定的效果，但对于对激光反射率较高的钛合金不十分适用。
本发明的目的正是为了更好地解决钛合金激光焊焊缝咬边缺陷而提供了一种用于钛合金激光焊接的活性剂使用方法，该方法是首先进行的钛合金活性剂激光焊技术的研究。它从激光焊过程熔池行为特点出发，加入以卤化物为主要成分的A-TIG钛合金活性剂，在钛合金激光焊接时将其涂覆在焊接工件表面，研究结果证明，在待焊部位涂敷一层厚度适当的活性剂，可明显改善钛合金激光焊熔池金属的润湿性，从而改善了钛合金激光焊焊缝的咬边缺陷。此外由于活性剂还影响钛合金对激光的吸收性，提高了激光能量的利用率，保证了全熔透焊过程的稳定性，有利于焊接接头塑性和疲劳性能的改善。
本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：
该种用于钛合金激光焊接的活性剂使用方法，尤指在钛合金激光焊接时使用活性剂及将其涂覆在焊接工件表面的方法，其特征在于，在使用大功率的CO2气体激光器或固体YAG激光器对钛合金工件进行焊接前，选用粉末状的A-TIG钛合金活性剂，活性剂用丙酮或酒精配成便于涂覆的溶液，用喷涂或毛刷刷涂的方法将上述溶液涂覆在工件的待焊部位，厚度不超过0.5mm为宜，待活性剂层干燥后实施激光焊。
附图的图面说明如下：
图1为使用本发明方法进行钛合金活性剂激光焊接的示意图
图2为活性剂激光焊和无活性剂激光焊焊缝成形的对比照片，其中，左边为活性剂激光焊接焊缝，右边为无活性剂激光焊接焊缝，图2-1为TA15活性剂激光焊接焊缝，图2-2为TA15无活性剂激光焊接焊缝，图2-3为TC4活性剂激光焊接焊缝，图2-4为TC4无活性剂激光焊接焊缝。
以下将结合附图和实施例对本发明方法作进一步地详述：
参见附图1所示，图中：1为等焊工件，2为工件上的焊接部位，3为活性剂涂层，4为激光焊接头，5为焊接熔池。该种用于钛合金激光焊接的活性剂使用方法，尤指在钛合金激光焊接时使用活性剂及将其涂覆在焊接工件表面的方法，其特征在于：在使用大功率的CO2气体激光器或固体YAG激光器对钛合金工件1进行焊接前，选用粉末状的A-TIG钛合金活性剂，活性剂用丙酮或酒精配成便于涂覆的溶液，用喷涂或毛刷刷涂的方法将上述溶液涂覆在工件1的待焊部位2，厚度不超过0.5mm为宜，待活性剂层3干燥后实施激光焊。在钛合金激光焊技术中采用活性剂是利用活性剂与激光、激光等离子体、液体金属间的物理化学反应，它可能有效地改善了钛合金焊缝的成形，克服了焊缝咬边缺陷。
图2为TA15和TC4钛合金CO2使用和不使用活性剂激光焊接后的焊缝成形照片。根据焊缝成形结果分析，焊缝咬边明显消除，焊缝熔透性提高，焊缝平均宽度增加。接头力学性能分析焊缝硬度略有下降，接头强度略有提高，低应力水平疲劳寿命增大。

Claims (1)

1.一种用于钛合金激光焊接的活性剂使用方法，尤指在钛合金激光焊接时使用活性剂及将其涂覆在焊接工件表面的方法，其特征在于：在使用大功率的CO2气体激光器或固体YAG激光器对钛合金工件(1)进行焊接前，选用粉末状的A-TIG钛合金活性剂，活性剂用丙酮或酒精配成便于涂覆的溶液，用喷涂或毛刷刷涂的方法将上述溶液涂覆在工件(1)的待焊部位，厚度不超过0.5mm为宜，待活性剂层干燥后实施激光焊。
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