一种消除铝-钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法技术

本发明专利技术公开了一种消除铝

【技术实现步骤摘要】
一种消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法


[0001]本专利技术涉及铝
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钛异种金属激光焊接领域，具体的，一种消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法。

技术介绍

[0002]铝合金材料因其较高的比强度、较低的密度、良好的板材成形性能和较低的成本，已经在航空航天及汽车等工业领域得到了广泛的应用。同时，钛合金由于其优异的耐腐蚀性、更高的比强度和良好的高温性能而被应用于结构件和航空发动机部件中。随着工业领域，特别是航空航天领域对轻量化要求的提高，铝
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钛异种材料复合构件开始得到了越来越广泛的应用，铝合金和钛合金的连接成为了人们所关注的热点问题。
[0003]激光熔钎焊具有加热和冷却速度快、能量密度可精确控制、工件变形小、残余应力低、激光光斑位置可精确定位等优点，是铝
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钛异种金属连接的极佳选择。在焊接的过程中，激光作用在低熔点的铝合金材料上使其发生熔化，进而润湿铺展在未熔化的钛合金板上发生界面冶金反应，生成钎缝。由于异种材料热膨胀系数等热物理性能之间的巨大差异以及接头内部残余应力的存在，在接头内部铝合金侧极易产生热裂纹缺陷，特别是采用7075等热裂纹敏感性较高的高强铝合金时，热裂纹现象更加明显。热裂纹的存在会大幅度降低接头的可靠性，限制接头力学性能的进一步提高。
[0004]针对现有技术文献的检索可知，目前针对铝合金焊缝中热裂纹的问题，一般采用改进焊接工艺、使用填充焊丝等工艺手段，中国专利CN 111805081 A公开了一种通过在熔池两侧分别施加一束激光，进而利用热膨胀效应将焊缝中的残余拉应力转变为残余压应力，最终抑制铝合金焊接热裂纹的方法。
[0005]针对以上问题，本专利技术提出了一种无需填充焊丝，无需改变焊接速度、激光功率等焊接工艺参数，只需要在铝
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钛搭接接头铝合金上方涂敷含有纳米颗粒的粉末，从而消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供的是一种消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法，该方法可以显著细化接头铝合金焊缝的晶粒，抑制接头内部的热裂纹，大幅度提高接头的抗拉剪性能。
[0007]本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供一种消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法，主要包括以下步骤：
[0009]步骤1、铝合金板材和钛合金板材进行表面预处理；
[0010]步骤2、在铝合金板材表面涂覆纳米陶瓷颗粒Nocolok钎剂；
[0011]步骤3、在钛合金板材表面涂覆Nocolok钎剂；
[0012]步骤4、将铝合金板材和钛合金板材相互搭接，对搭接部位进行激光焊接处理。
[0013]步骤1具体为，对铝合金板材和钛合金板材表面的油污使用丙酮进行清洗，清洗后对板材进行烘干，然后使用砂纸对铝合金表面和钛合金表面进行机械打磨，去除表面的氧化膜。
[0014]步骤2中，所述纳米陶瓷颗粒Nocolok钎剂的制备方法如下：将四氟铝酸钾、六氟铝酸钾、纳米陶瓷颗粒按比例混合，然后向混合粉末中加入丙酮调成液态并置于超声波振动机中分散混合，制备成液态悬浮液。
[0015]步骤3中，所述Nocolok钎剂的制备方法如下：将四氟铝酸钾、六氟铝酸钾粉末按比例混合，然后向混合粉末中加入丙酮调成液态并置于超声波振动机中分散混合，利用超声波在液体中产生的空化作用分散粉末和纳米颗粒。
[0016]步骤2和步骤3中，超声波振动机参数设定为：输出频率30～40KHz；超声波功率为340～380W，振动模式为连续，分散时间为5～8min。
[0017]所述步骤2中，纳米陶瓷颗粒Nocolok钎剂的涂覆厚度为0.1～0.2mm；
[0018]进一步，纳米陶瓷颗粒Nocolok钎剂中，所述四氟铝酸钾和六氟铝酸钾粉末的质量分数为68％～75％；纳米陶瓷颗粒的质量分数分别为25％～32％。
[0019]所述步骤3中，Nocolok钎剂的涂覆厚度为0.1～0.2mm；
[0020]所述步骤4中，铝合金板材和钛合金板材的搭接宽度为15mm～20mm，采用铝合金在上钛合金在下的搭接焊模式；让激光直接作用于上部的铝合金板材上，通过激光热传导焊的模式熔化更多的铝液，同时避免钛合金的熔化。
[0021]步骤4中，激光焊接采用光纤激光器；激光束采用正离焦，增大光斑尺寸，通过激光热传导焊的模式熔化更多的铝液，同时避免钛合金的熔化。所述激光束为光纤激光。所述激光束的入射方向前倾7
°
～10
°
，指向熔池的前端。
[0022]所述纳米陶瓷颗粒包括TiC纳米陶瓷颗粒、TiB2纳米陶瓷颗粒、LaB6纳米陶瓷颗粒中的至少一种。
[0023]作为本专利技术的一个实施方式，步骤4具体为：待丙酮挥发后，将步骤2和步骤3处理后的铝合金板材和钛合金板材以搭接的方式排列，铝合金在钛合金上方，铝合金板和钛合金板的两侧分别用螺栓固定在焊接夹具上；利用双激光束进行铝
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钛异种金属搭接激光熔钎焊，激光能量作用在铝合金上使母材发生熔化，熔化后的铝合金润湿铺展在钛合金表面，发生界面反应形成熔钎焊接头。所述双激光束并行排列，与焊接方向垂直，双激光束的光斑直径大于1.4mm。
[0024]双激光束包括主激光束和第二激光束；
[0025]进一步，步骤4中，激光焊接工艺参数为：总激光能量设置为2500～2900W，主光束能量与第二光束能量的比值设定为90％：10％～70％：30％，焊接速度设定为0.35～0.45m/min。
[0026]所述主激光束照射在铝合金板上。主激光束的作用主要是熔化铝合金，优选地，主激光束作用位置选择与铝板边缘相切，在此条件下融化的铝合金可以更顺利地铺展至钛板表面。
[0027]所述第二激光束仅照射在钛板上，且所述第二激光束与主激光束之间的距离由激光热输入及板厚来决定。所述第二激光束在铝液润湿铺展到钛板上之后直接作用到熔融的铝液上，可以延长熔池的存在时间，降低液态金属的表面张力，促进熔融铝液进一步地润湿
铺展。
[0028]所述双激光束功率均可调节。所述主激光束的能量应根据激光热输入及铝合金板厚选择，在保证底部钛板不熔化的条件下，获得更多的熔融铝液。第二激光束在焊接过程稳定之后直接作用在铝合金熔池上，在促进铝液润湿铺展的同时加快铝合金与钛合金反应生成界面金属间化合物。界面金属间化合物过薄难以建立起可靠的冶金连接，过量硬脆金属间化合物的生成会造成接头强度的大幅度下降。优选地，第二激光束的能量为总激光能量的10％～30％。
[0029]进一步地，激光焊接时，采用惰性气体保护。保护范围能有效地覆盖铝合金熔池和第二激光束作用区域。保护气喷嘴的吹起口指向待焊部位的熔池，并且与水平面呈40～45本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、铝合金板材和钛合金板材进行表面预处理；步骤2、在铝合金板材表面涂覆纳米陶瓷颗粒Nocolok钎剂；步骤3、在钛合金板材表面涂覆Nocolok钎剂；步骤4、将铝合金板材和钛合金板材相互搭接，对搭接部位进行激光焊接处理。2.根据权利要求1所述的消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法，其特征在于，步骤2中，所述纳米陶瓷颗粒Nocolok钎剂的制备方法如下：将四氟铝酸钾、六氟铝酸钾、纳米陶瓷颗粒按比例混合，然后向混合粉末中加入丙酮调成液态并超声分散混合，制备成液态悬浮液。3.根据权利要求1所述的消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法，其特征在于，步骤3中，所述Nocolok钎剂的制备方法如下：将四氟铝酸钾、六氟铝酸钾粉末按比例混合，然后向混合粉末中加入丙酮调成液态并超声分散混合，利用超声波在液体中产生的空化作用分散粉末和纳米颗粒。4.根据权利要求2所述的消除铝
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钛激光熔钎焊搭接接头铝合金热裂纹的方法，其特征在于，步骤2中，所述纳米陶瓷颗粒Nocolok钎剂中，所述四氟铝酸钾和六氟铝酸钾粉末的质量分数为68％～75％；纳米陶瓷颗粒的质量分数分别为25％～32％。5.根据权利要求1所述的消除铝
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钛激光熔钎焊搭接...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐新华，李洋，芦凤桂，崔海超，邵晨东，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：