一種激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法，包括：(1)在下焊塊上鋪置一層鋁熱焊料；(2)上焊塊與下焊塊之間形成夾角空間；(3)激光束從夾角空間傾斜射入，聚焦在鋁熱焊料的一端，鋁熱焊料熔化，上焊塊與下焊塊的表面也發(fā)生薄層熔化，形成鋁熱焊料熔池，待鋁熱反應(yīng)進(jìn)行完全；(4)關(guān)閉激光，隨著上焊塊的第二端下壓操作，將推動鋁熱反應(yīng)的液態(tài)焊料鋪展在整個(gè)上焊塊與下焊塊之間的焊接面，而焊渣被擠出焊縫，上焊塊與下焊塊完全貼合；(5)凝固后形成焊接接頭。本發(fā)明中激光誘導(dǎo)鋁熱焊接過程的精細(xì)操作使得鋁熱反應(yīng)順序受控進(jìn)行，液態(tài)焊料鋪展均勻，有利于熔池中的氣泡溢出，焊渣擠出焊縫，解決傳統(tǒng)鋁熱焊接方法容易產(chǎn)生的氣孔、夾雜缺陷。
【專利說明】
一種激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁熱焊的基本原理是通過鋁和氧化鐵的還原反應(yīng)，將氧化鐵中的鐵還原。鋁熱焊劑一經(jīng)點(diǎn)燃，燃燒就會自行進(jìn)行，蔓延至整個(gè)反應(yīng)體系，反應(yīng)產(chǎn)物為Fe和Al2O3。3種鋁熱化學(xué)反應(yīng)方程式為:
[0003]3Fe0+2Al = 3Fe+Al203+833.9kJ
[0004]Fe203+2A1 =Al203+2Fe+828.9kJ
[0005]3Fe304+8Al = 4Al203+9Fe+3232.4kJ
[0006]鋁熱焊料是由還原劑金屬鋁、氧化劑氧化鐵以及其他添加合金元素按一定比例混合而成的。焊接時(shí)，鋁熱焊料由點(diǎn)火劑點(diǎn)燃，引起強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，形成高溫(約3000 V )，使鋁熱焊料熔化翻騰，反應(yīng)產(chǎn)生的熔融鐵液沉于底部，而鋁被氧化，構(gòu)成以氧化鋁為基的熔渣上浮。當(dāng)鐵液直接澆注到被焊接零件損傷的開裂處(或焊接接頭處)，高溫鐵液將斷口表面熔化，又作為填充金屬填充零件損傷開裂處間隙(或焊接接頭)，冷卻凝固后形成熱熔焊接接頭。
[0007]然而，目前的傳統(tǒng)鋁熱焊技術(shù)仍然存在以下一些缺點(diǎn):I)需要專用的焊料鋁熱反應(yīng)工具和引燃工具，比如鋁熱焊鍋等。2)液態(tài)熔融鐵液流動不均勻，形成的焊縫厚度不均，進(jìn)而導(dǎo)致接頭不同區(qū)域的力學(xué)、電學(xué)性質(zhì)不均勻；3)由于冶金過程不完全，焊縫易出現(xiàn)氣泡、夾雜等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能夠顯著提高焊縫質(zhì)量的激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法。
[0009]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法，包括如下步驟:
[0011 ] (I)在下焊塊的待焊接位置預(yù)先鋪置一層鋁熱焊料；
[0012](2)將上焊塊的第一端放置在下焊塊上并貼近鋁熱焊料位置，第二端與下焊塊保持距離，即上焊塊與下焊塊之間形成一夾角空間；
[0013]以上焊塊與下焊塊的交線為Y軸，以上焊塊與下焊塊交線的一個(gè)端點(diǎn)為原點(diǎn)，在下焊塊的上表面建立XOY直角坐標(biāo)系；
[0014]所述鋁熱焊料沿Y軸方向的長度L與上焊塊沿Y軸方向的長度L’相等，所述鋁熱焊料沿X軸方向的寬度W與上焊塊沿X軸方向的寬度W’相等；
[0015](3)激光束從所述夾角空間傾斜射入，使得激光束聚焦在鋁熱焊料的一端，若鋁熱焊料的長度L大于激光束聚焦光斑直徑，則激光束沿Y軸方向快速掃描鋁熱焊料，引燃鋁熱焊料，使鋁熱焊料熔化，此時(shí)上焊塊與下焊塊的表面也同時(shí)發(fā)生薄層熔化，形成鋁熱焊料熔池，待鋁熱反應(yīng)進(jìn)行完全；
[0016](4)關(guān)閉激光，使上焊塊的第二端下壓，即繞第一端旋轉(zhuǎn)，使上焊塊與下焊塊之間夾角減小，上焊塊擠壓焊接熔池，推動鋁熱焊料熔融液體均勻向前鋪展在下焊塊表面;隨著上焊塊的第二端下壓操作，最終將推動鋁熱反應(yīng)的液態(tài)焊料鋪展在整個(gè)上焊塊與下焊塊之間的焊接面，而焊渣被擠出焊縫，上焊塊與下焊塊完全貼合；
[0017](5)對上焊塊施加垂直于焊接面的壓力，上焊塊與下焊塊貼合的熔化焊縫位置迅速降溫，發(fā)生凝固，形成焊接接頭。
[0018]優(yōu)選的，步驟(2)中還可以在上焊塊的第一端設(shè)置一止推塊，用于防止上焊塊的第一端位置發(fā)生變化。
[0019]優(yōu)選的，步驟(3)中還可以控制激光束聚焦照射或按預(yù)設(shè)軌跡掃描鋁熱焊料，即按特定位置、順序點(diǎn)燃鋁熱焊料，使得鋁熱焊料的能量分布精密可控。
[0020]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]1、本發(fā)明利用激光束順序點(diǎn)燃鋁熱焊料形成條狀熔池，鋁熱反應(yīng)產(chǎn)物焊渣則通過快速擠壓形成的液面孤波而向前運(yùn)動，直至鋁熱反應(yīng)的液態(tài)焊料鋪展在待焊面上，而焊渣被擠出焊縫，上下焊塊貼合并冷卻凝固。這種激光誘導(dǎo)鋁熱焊接過程的精細(xì)操作使得鋁熱反應(yīng)順序受控進(jìn)行，液態(tài)焊料鋪展均勻，有利于熔池中的氣泡溢出，焊渣擠出焊縫，解決傳統(tǒng)鋁熱焊接方法容易產(chǎn)生的氣孔、夾雜缺陷。
[0022]2、本發(fā)明利用激光束點(diǎn)燃鋁熱焊料，熔池溫度高，并使得上下焊件表面在鋁熱焊料反應(yīng)熱作用下發(fā)生薄層熔化，液態(tài)焊料熔池在擠壓過程中攪拌作用強(qiáng)，使得焊縫區(qū)的冶金反應(yīng)充分，焊接頭工藝質(zhì)量好，力學(xué)性能高。
[0023]3、本發(fā)明的激光束聚焦光斑小、加熱升溫極為快速，鋁熱焊料的點(diǎn)燃快速可靠，且點(diǎn)燃位置、順序、能量分布精密可控，使得其特別適合于異種材料的精密熔釬焊，焊接速度快，容易實(shí)現(xiàn)自動化。
[0024]4、本發(fā)明利用激光作為點(diǎn)燃工具加熱鋁熱焊料，無須傳統(tǒng)方法所需的鋁熱焊鍋等專用焊料鋁熱反應(yīng)工具和引燃工具，對鋁熱焊料配方本身也沒有限制，可以適用于多種添加合金元素，即工藝和材料的適用性更廣，生產(chǎn)成本低，柔性化程度高。
【附圖說明】
[0025]圖1為鋁熱焊料的鋪置示意圖；
[0026]圖2為上焊塊的位置示意圖；
[0027]圖3為上焊塊與下焊塊的俯視圖；
[0028]圖4為激光束照射示意圖；
[0029]圖5為焊接接頭示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0031]本發(fā)明提供了一種激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法，包括如下步驟:
[0032](I)如圖1所示，在下焊塊1(母材)的待焊接位置預(yù)先鋪置一層鋁熱焊料2;
[0033](2)如圖2所示，將上焊塊3的第一端放置在下焊塊I上并貼近鋁熱焊料2位置，第二端與下焊塊I保持距離，即上焊塊3與下焊塊I之間形成一夾角為O?60度的夾角空間；
[0034]如圖3所示，以上焊塊3與下焊塊I的交線為Y軸，以上焊塊3與下焊塊I交線的一個(gè)端點(diǎn)為原點(diǎn)，在下焊塊I的上表面建立XOY直角坐標(biāo)系；
[0035]所述鋁熱焊料2沿Y軸方向的長度L與上焊塊3沿Y軸方向的長度L’相等，所述鋁熱焊料2沿X軸方向的寬度W與上焊塊3沿X軸方向的寬度W’相等;所鋪設(shè)的鋁熱焊料2的厚度為
0.5mm ?5mm0
[0036]優(yōu)選的，還可以在上焊塊3的第一端設(shè)置一止推塊，防止上焊塊3的第一端位置發(fā)生變化。
[0037](3)如圖4所示，激光束4從所述夾角空間傾斜射入，使得激光束4聚焦在鋁熱焊料2的一端，若鋁熱焊料2的長度L大于激光束聚焦光斑直徑，則激光束4沿Y軸方向快速掃描鋁熱焊料2，引燃鋁熱焊料2，使鋁熱焊料2熔化，此時(shí)上焊塊3與下焊塊I的表面也同時(shí)發(fā)生薄層熔化，形成鋁熱焊料熔池，待鋁熱反應(yīng)進(jìn)行完全；
[0038]優(yōu)選的，可以控制激光束4聚焦照射或按預(yù)設(shè)軌跡掃描鋁熱焊料2，即按特定位置、順序點(diǎn)燃鋁熱焊料2，使得鋁熱焊料的能量分布精密可控。
[0039](4)關(guān)閉激光，使上焊塊3的第二端下壓，即繞第一端旋轉(zhuǎn)，使上焊塊3與下焊塊I之間夾角減小，上焊塊3擠壓焊接熔池，推動鋁熱焊料熔融液體均勻向前鋪展在下焊塊I表面，根據(jù)流體力學(xué)，快速擠壓將在鋁熱焊料熔池表面產(chǎn)生液面孤波，鋁熱反應(yīng)產(chǎn)物焊渣浮于熔池表面則通過孤波推動而向前運(yùn)動，隨著上焊塊3的第二端下壓操作，最終將推動鋁熱反應(yīng)的液態(tài)焊料鋪展在整個(gè)上焊塊3與下焊塊I之間的焊接面，而焊渣被擠出焊縫，上焊塊3與下焊塊I完全貼合(夾角為O)；
[0040](5)對上焊塊3施加垂直于焊接面的壓力，上焊塊3與下焊塊I貼合的熔化焊縫位置迅速降溫，發(fā)生凝固，形成焊接接頭，如圖5所示。
[0041]本發(fā)明可改變?yōu)槎喾N方式對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認(rèn)為脫離本發(fā)明的范圍。所有這樣的對所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在下焊塊(I)的待焊接位置預(yù)先鋪置一層鋁熱焊料(2); (2)將上焊塊(3)的第一端放置在下焊塊(I)上并貼近鋁熱焊料(2)位置，第二端與下焊塊(I)保持距離，即上焊塊(3)與下焊塊(I)之間形成一夾角空間； 以上焊塊(3)與下焊塊(I)的交線為Y軸，以上焊塊(3)與下焊塊(I)交線的一個(gè)端點(diǎn)為原點(diǎn)，在下焊塊(I)的上表面建立XOY直角坐標(biāo)系； 所述鋁熱焊料(2)沿Y軸方向的長度L與上焊塊(3)沿Y軸方向的長度L’相等，所述鋁熱焊料(2)沿X軸方向的寬度W與上焊塊(3)沿X軸方向的寬度W ’相等； (3)激光束(4)從所述夾角空間傾斜射入，使得激光束(4)聚焦在鋁熱焊料(2)的一端，若鋁熱焊料(2)的長度L大于激光束聚焦光斑直徑，則激光束(4)沿Y軸方向快速掃描鋁熱焊料(2)，引燃鋁熱焊料(2)，使鋁熱焊料(2)熔化，此時(shí)上焊塊(3)與下焊塊(I)的表面也同時(shí)發(fā)生薄層熔化，形成鋁熱焊料熔池，待鋁熱反應(yīng)進(jìn)行完全； (4)關(guān)閉激光，使上焊塊(3)的第二端下壓，即繞第一端旋轉(zhuǎn)，使上焊塊(3)與下焊塊(I)之間夾角減小，上焊塊(3)擠壓焊接熔池，推動鋁熱焊料熔融液體均勻向前鋪展在下焊塊(1)表面;隨著上焊塊(3)的第二端下壓操作，最終將推動鋁熱反應(yīng)的液態(tài)焊料鋪展在整個(gè)上焊塊(3)與下焊塊(I)之間的焊接面，而焊渣被擠出焊縫，上焊塊(3)與下焊塊(I)完全貼合； (5)對上焊塊(3)施加垂直于焊接面的壓力，上焊塊(3)與下焊塊(I)貼合的熔化焊縫位置迅速降溫，發(fā)生凝固，形成焊接接頭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法，其特征在于，步驟(2)中還可以在上焊塊(3)的第一端設(shè)置一止推塊，用于防止上焊塊(3)的第一端位置發(fā)生變化。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光誘導(dǎo)鋁熱焊接方法，其特征在于，步驟(3)中還可以控制激光束(4)聚焦照射或按預(yù)設(shè)軌跡掃描鋁熱焊料(2)，即按特定位置、順序點(diǎn)燃鋁熱焊料(2)，使得鋁熱焊料的能量分布精密可控。
【文檔編號】B23K23/00GK105904084SQ201610436860
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】于艷玲
【申請人】溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院