本發(fā)明屬于焊接，尤其涉及一種基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法。

背景技術(shù)：

1、搭接焊是一種關(guān)鍵的焊接接頭形式，它通過堆疊擺放上下兩塊焊接母材，并利用焊接熱源（攪拌頭）作用在焊接母材上表面，使熱量穿透上層焊接母材，從而使搭接區(qū)域結(jié)合為一體。這種焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)療器械與電器元件等多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于焊件接頭的質(zhì)量至關(guān)重要。由于搭接焊的特殊堆疊結(jié)構(gòu)，通常采用高能束焊、tig焊與攪拌摩擦焊等非填充焊接方法，在這些方法中，搭接區(qū)域由上板的下表面和下板的上表面熔合構(gòu)成，因此搭接區(qū)域的結(jié)合質(zhì)量直接決定了接頭的抗拉強(qiáng)度。

2、為了提高搭接區(qū)域的結(jié)合質(zhì)量，研究人員嘗試在搭接面上預(yù)置強(qiáng)化粉末或箔片，以期通過熔合區(qū)的焊接化學(xué)冶金反應(yīng)，優(yōu)化搭接區(qū)焊接金屬組織，提高搭接接頭質(zhì)量。然而，預(yù)置的粉末或箔片會(huì)增加搭接面與搭接間隙，導(dǎo)致接觸熱阻增大，熱量傳導(dǎo)降低，這常常會(huì)導(dǎo)致未熔合與未焊透的問題，同時(shí)，粉末熔合不充分還會(huì)引起焊接裂紋，最終導(dǎo)致搭接接頭開裂，反而降低了焊接質(zhì)量。為了解決這些問題，改善預(yù)置粉末或箔片形式，使之在優(yōu)化搭接區(qū)焊接金屬組織的同時(shí)，保持接觸區(qū)域的平整與接觸熱阻的恒定，進(jìn)而提高焊接質(zhì)量，是焊接工作者努力尋求改進(jìn)的技術(shù)方案。為此本發(fā)明提出了一種基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，包括以下步驟：

4、步驟1、準(zhǔn)備焊接母材和預(yù)熔材料；

5、步驟2、選用nd:yag脈沖激光焊接機(jī)，設(shè)置預(yù)熔參數(shù)，包括峰值功率、脈沖時(shí)間、脈沖波形、焊接速度、離焦量和保護(hù)氣體流量；

6、步驟3、選擇距離焊接母材邊緣1~20mm的區(qū)域進(jìn)行預(yù)熔，利用脈沖激光熱源將預(yù)熔材料與焊接母材表面熔化，形成激光預(yù)熔原位改性層；

7、步驟4、平整激光預(yù)熔原位改性層的表面，然后以搭接形式固定上下兩塊焊接母材，搭接區(qū)域的寬度為1~20mm，激光預(yù)熔原位改性層朝向搭接面；

8、步驟5、選用焊接方法，設(shè)置焊接參數(shù)，利用焊接熱源將激光預(yù)熔原位改性層熔化或熔合，形成搭接接頭。

9、進(jìn)一步的，所述預(yù)熔材料為預(yù)熔箔片或粉末；若選擇粉末進(jìn)行預(yù)熔，將粉末與無水乙醇按1:1混合并充分拌勻，制成懸浮液，然后將懸浮液均勻噴灑在焊接母材表面，并烘干備用。

10、進(jìn)一步的，所述預(yù)熔材料的成份為陶瓷材料、碳納米管、碳纖維和金屬中的一種或多種混合，陶瓷材料為wc、tib2、tic、al2o3和tio2中的一種或多種。

11、進(jìn)一步的，所述上下兩塊焊接母材是同種或異種金屬，選擇一塊焊接母材的一側(cè)附帶激光預(yù)熔原位改性層或兩塊焊接母材的一側(cè)均附帶激光預(yù)熔原位改性層。

12、進(jìn)一步的，所述步驟2中，脈沖峰值功率為0.5~2kw，脈沖時(shí)間為0~5ms，脈沖波形為矩形波，焊接速度為180~600mm/min，離焦量為±3mm，保護(hù)氣體流量為0~10l/min。

13、進(jìn)一步的，所述步驟5中，焊接方法為非填充的熔化焊方法與壓力焊方法，非填充的熔化焊方法包括激光焊、電子束焊和tig焊，壓力焊方法包括攪拌摩擦焊。

14、進(jìn)一步的，當(dāng)所述焊接方法采用激光焊時(shí)，選用脈沖激光焊機(jī)進(jìn)行搭接焊，設(shè)置參數(shù)：峰值功率p=3kw，脈沖時(shí)間t=4ms，脈沖波形為矩形波，離焦量為+2mm，保護(hù)氣體為氬氣，流量為10l/min。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

16、本發(fā)明通過引入激光預(yù)熔原位改性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了焊接母材與預(yù)熔材料的高效冶金結(jié)合，不僅減少了搭接面，消除了搭接間隙，還增強(qiáng)了熱量傳導(dǎo)，有效避免了未熔合、未焊透及焊接裂紋等缺陷的發(fā)生。同時(shí)，該技術(shù)促使焊接母材原位生成強(qiáng)化相，細(xì)化了焊縫金屬顯微組織，提升了搭接焊縫的抗拉強(qiáng)度。因此，本發(fā)明成功解決了現(xiàn)有預(yù)置粉末或箔片技術(shù)中搭接區(qū)域熔合不充分導(dǎo)致的焊縫未熔化、未焊透與焊接裂紋等問題，為焊接技術(shù)的發(fā)展提供了創(chuàng)新性的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，其特征在于，所述預(yù)熔材料為預(yù)熔箔片或粉末；若選擇粉末進(jìn)行預(yù)熔，將粉末與無水乙醇按1:1混合并充分拌勻，制成懸浮液，然后將懸浮液均勻噴灑在焊接母材表面，并烘干備用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，其特征在于，所述預(yù)熔材料的成份為陶瓷材料、碳納米管、碳纖維和金屬中的一種或多種混合，陶瓷材料為wc、tib2、tic、al2o3和tio2中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，其特征在于，所述上下兩塊焊接母材是同種或異種金屬，選擇一塊焊接母材的一側(cè)附帶激光預(yù)熔原位改性層或兩塊焊接母材的一側(cè)均附帶激光預(yù)熔原位改性層。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，其特征在于，所述步驟2中，脈沖峰值功率為0.5~2kw，脈沖時(shí)間為0~5ms，脈沖波形為矩形波，焊接速度為180~600mm/min，離焦量為±3mm，保護(hù)氣體流量為0~10l/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，其特征在于，所述步驟5中，焊接方法為非填充的熔化焊方法與壓力焊方法，非填充的熔化焊方法包括激光焊、電子束焊和tig焊，壓力焊方法包括攪拌摩擦焊。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，其特征在于，當(dāng)所述焊接方法采用激光焊時(shí)，選用脈沖激光焊機(jī)進(jìn)行搭接焊，設(shè)置參數(shù)：峰值功率p=3kw，脈沖時(shí)間t=4ms，脈沖波形為矩形波，離焦量為+2mm，保護(hù)氣體為氬氣，流量為10l/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于焊接技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于激光預(yù)熔原位改性的搭接焊方法，包括以下步驟：準(zhǔn)備焊接母材和預(yù)熔材料；利用脈沖激光熱源將預(yù)熔材料與焊接母材表面熔化，形成激光預(yù)熔原位改性層；平整激光預(yù)熔原位改性層表面，將上下兩塊焊接母材以搭接形式固定，激光預(yù)熔原位改性層朝向搭接面；選用合適焊接方法，將激光預(yù)熔原位改性層熔化或熔合，形成搭接接頭。本發(fā)明通過引入激光預(yù)熔原位改性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了焊接母材與預(yù)熔材料的高效冶金結(jié)合，不僅減少了搭接面，消除了搭接間隙，還增強(qiáng)了熱量傳導(dǎo)，避免了未熔合、未焊透及焊接裂紋等缺陷的發(fā)生。同時(shí)，該技術(shù)促使焊接母材原位生成強(qiáng)化相，細(xì)化了焊縫金屬顯微組織，提升了搭接焊縫的抗拉強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：張效賓,柯康林,張邦富,鄭孝輝,錢運(yùn)博,袁啟偉,趙鵬飛,卞樹旺,張文龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北電力大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2