一種利用吸波涂層對(duì)鈦合金焊縫進(jìn)行激光修飾焊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用吸波涂層對(duì)鈦合金焊縫進(jìn)行激光修飾焊的方法，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]與常規(guī)焊接方法相比，激光焊能量密度高，加熱集中，對(duì)材料熱損傷小，焊縫深寬比大，焊接接頭殘余應(yīng)力低，而且焊接精度高，可顯著減少焊后加工量，焊接過程易于集成化、自動(dòng)化、柔性化，屬于高速、高精度、高效的高能束流焊接方法，焊接接頭質(zhì)量與電子束焊媲美，卻無需真空環(huán)境，不產(chǎn)生X射線，是先進(jìn)的制造技術(shù)之一。鈦合金蒙皮類結(jié)構(gòu)件之間的激光焊接常見于工程應(yīng)用中，例如航空、航天機(jī)體的蒙皮整體焊接結(jié)構(gòu)。其它的結(jié)構(gòu)如蒙皮與骨架之間的連接可采用激光雙光束焊接或者采用激光角焊縫焊接。采用激光焊接鈦合金結(jié)構(gòu)件時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性激光焊接有時(shí)無法采用填絲焊進(jìn)行。激光焊的功率密度通常為104-10sW/cm2能量非常集中，在進(jìn)行焊接時(shí)會(huì)在焊縫表面產(chǎn)生嚴(yán)重的咬邊現(xiàn)象，嚴(yán)重影響焊接接頭的疲勞性能。
[0003]現(xiàn)有鈦合金板材的激光焊接技術(shù)一般圍繞工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，例如激光功率、焊接速度、焦點(diǎn)位置等等。這些研究均通過工藝參數(shù)的調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫形貌及性能的調(diào)控。當(dāng)前的研究可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫形貌及性能的優(yōu)化，但是無法從根本上消除焊縫咬邊現(xiàn)象?，F(xiàn)有的激光修飾焊采用散焦方式直接對(duì)焊縫表面進(jìn)行二次重熔，雖然可以消除焊縫表面的咬邊缺陷，但是由于修飾焊帶入的二次能量效應(yīng)，使得修飾焊后工件嚴(yán)重變形。同時(shí)由于焊縫表面的二次重熔，焊縫表面的雜質(zhì)(如焊接煙塵、氧化物等)容易造成大量微氣孔的產(chǎn)生。
[0004]目前鈦合金板材的激光焊接技術(shù)一般圍繞工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，例如激光功率、焊接速度、焦點(diǎn)距材料表面距離(離焦量)、保護(hù)氣體，以及聚焦鏡焦長和線能量等等。這些研究均通過工藝參數(shù)的調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫形貌及性能的調(diào)控。當(dāng)前的研究可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫形貌及性能的優(yōu)化，但是無法從根本上消除焊縫咬邊現(xiàn)象。
[0005]現(xiàn)有的激光修飾焊采用散焦方式直接對(duì)焊縫表面進(jìn)行二次重熔，雖然可以消除焊縫表面的咬邊缺陷，但是由于修飾焊帶入的二次能量效應(yīng)，使得修飾焊后工件嚴(yán)重變形，焊接殘余應(yīng)力較大。同時(shí)由于焊縫表面的二次重熔，焊縫表面的雜質(zhì)(如焊接煙塵、氧化物等)容易造成大量微氣孔(< 0.1_)的產(chǎn)生，對(duì)性能產(chǎn)生不利影響。
[0006]因此，如何解決鈦合金板材在進(jìn)行激光焊時(shí)焊縫表面易產(chǎn)生的咬邊缺陷，成為本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用吸波涂層對(duì)鈦合金焊縫進(jìn)行激光修飾焊的方法，該方法不僅能夠有效消除鈦合金焊縫表面的咬邊缺陷，而且能夠顯著降低焊接的殘余應(yīng)力。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種利用吸波涂層對(duì)鈦合金焊縫進(jìn)行激光修飾焊的方法，該方法包括以下步驟:
[0009]步驟一、對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)處理；
[0010]步驟二、將吸波涂層涂覆在焊縫上，即將吸波涂層涂覆到焊縫的全部位置；
[0011]步驟三、采用散焦激光光斑對(duì)焊縫進(jìn)行掃描，完成對(duì)鈦合金的激光修飾焊操作；其中，
[0012]在步驟二中，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述吸波涂層的組成包括40-70% NaF2、10_20%Υ203、10-20% Cr203和 10-20% La 203。
[0013]將本發(fā)明提供的吸波涂層應(yīng)用于鈦合金的激光修飾焊工藝中時(shí)，一方面吸波涂層能夠有效增加鈦合金材料表面對(duì)激光的吸收率，降低激光的反射率，從而減少熱輸入，減小工件的焊接變形及焊縫的殘余應(yīng)力；另一方面吸波涂層能夠降低焊縫熔池的表面能，有利于融化金屬的鋪展、咬邊的消除，與此同時(shí)，由于焊縫熔池表面能的降低，焊縫表面的微氣孔(氣孔直徑〈0.1_)易于逸出，從而有利于減少焊縫表面微氣孔的產(chǎn)生。
[0014]在上述方法中，優(yōu)選地，所述吸波涂層在使用時(shí)，首先研磨成粉末狀，然后與丙酮或酒精混合成懸濁液，最后將該懸濁液涂覆在焊縫位置；涂刷時(shí)，優(yōu)選涂刷二遍。
[0015]在上述方法中，優(yōu)選地，所述吸波涂層與丙酮或酒精的質(zhì)量比1:10。
[0016]在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟二中，所述吸波涂層的涂覆寬度為焊縫寬度的1-5倍，涂覆長度為焊縫的長度。
[0017]在上述方法中，優(yōu)選地，所述吸波涂層的涂覆厚度為5-30 μ m。
[0018]在上述方法中，優(yōu)選地，其中:在步驟一中，所述預(yù)處理包括以下步驟:先采用酒精或丙酮對(duì)焊縫(特別是帶有咬邊缺陷的焊縫)的表面進(jìn)行擦拭，以除去焊縫表面的油污然后采用散焦激光光斑對(duì)焊縫進(jìn)行掃描，以除去焊縫表面殘留的有機(jī)物。
[0019]在上述方法中，優(yōu)選地，采用散焦激光光斑對(duì)焊縫進(jìn)行掃描時(shí)，所述激光為連續(xù)激光，其波長為1.6 μπι，功率為1000-5000W ;所述散焦激光光斑的直徑為3-8mm ;所述掃描速度為 0.8_5m/min。
[0020]在上述方法中，優(yōu)選地，在步驟三中，采用散焦激光光斑對(duì)焊縫進(jìn)行掃描時(shí)，光斑沿焊縫與鈦合金板材的熔合區(qū)進(jìn)行掃描。
[0021]在上述方法中，優(yōu)選地，該方法包括以下步驟:
[0022]步驟一、對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)處理
[0023]采用酒精或丙酮對(duì)焊縫的表面進(jìn)行擦拭，然后利用功率為1000-5000W，波長為1.6 μπι的連續(xù)激光，以散焦光斑的方式對(duì)焊縫進(jìn)行掃描，掃描過程中控制光斑的直徑為3_8mm，掃描速度為 0.8_5m/min ;
[0024]步驟二、將吸波涂層涂覆在焊縫上
[0025]將吸波涂層研磨成粉末狀后與丙酮或酒精按質(zhì)量比為1:10的比例混合成懸濁液，然后將該懸濁液涂覆在焊縫上，涂覆寬度為焊縫寬度的1-5倍，涂覆長度為焊縫的長度，涂覆厚度為5-30 μπι;其中，以質(zhì)量百分比計(jì)，所述吸波涂層的組成包括40-70% NaF2、10-20% Y203、10-20 % Cr203和 10-20% La 203;
[0026]步驟三、采用散焦光斑對(duì)焊縫進(jìn)行掃描
[0027]利用功率為1000-5000W，波長為1.6 μ m的連續(xù)激光，以散焦光斑的方式對(duì)焊縫與鈦合金板材的熔合區(qū)進(jìn)行掃描，掃描過程中控制光斑的直徑為3-8_，掃描速度為0.8-5m/min，完成對(duì)鈦合金焊縫的激光修飾焊操作。
[0028]本發(fā)明的有益效果:
[0029]針對(duì)鈦合金板材進(jìn)行激光焊時(shí)焊縫表面易產(chǎn)生的咬邊缺陷，傳統(tǒng)的修飾焊存在焊后工件變形極大，焊縫表層極易出現(xiàn)微氣孔等一系列缺陷；與傳統(tǒng)的修飾焊相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案通過對(duì)焊縫中的焊縫進(jìn)行預(yù)處理、涂覆吸波涂層以及激光光斑掃描，能夠有效調(diào)控焊縫的咬邊缺陷，獲得低焊接應(yīng)力，無咬邊、氣孔等缺陷的高質(zhì)量焊縫；
[0030]此外，該方法對(duì)于激光焊接在鈦合金材料領(lǐng)域的應(yīng)用具有很高的參考價(jià)值，在其它材料方面應(yīng)用也具有很好的指導(dǎo)意義。
【附圖說明】
[0031]圖1為激光光斑的掃描軌跡圖；
[0032]圖2為未經(jīng)修飾焊處理的焊縫；
[0033]圖3為采用實(shí)施例1提供的修飾焊方法處理后的焊縫；
[0034]圖4為采用實(shí)施例2提供的修飾焊方法處理后的焊縫；
[0035]圖5為采用傳統(tǒng)的修飾焊方法處理后的焊縫。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
[0037]以下實(shí)施例和對(duì)比例均是采用2.0mm厚的TC4鈦合金板材作為試驗(yàn)?zāi)覆模揟C4鈦合金板材未經(jīng)修飾焊處理的焊縫情況如圖2所示。
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