一种基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种焊接方法，尤其是一种基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法，采用两次激光介入进行紫铜板的焊接，首先采用纳秒或飞秒激光在紫铜板待焊区表面激光直写，诱导烧蚀生成表面纳米颗粒，然后利用光纤焊接激光对诱导烧蚀后的紫铜板进行焊接，紫铜板表面在纳秒激光作用下，表层微区金属超快熔化，直至熔池沸腾，熔滴发生溅射，形成微纳米颗粒，凝固后覆盖在烧蚀区域，这就会使后续的焊接激光入射到方向不一的纳米颗粒发生漫反射，能量多次吸收，极大地提高了紫铜对焊接激光能量的吸收率，焊接难度相对较低且焊接质量相对较高。接难度相对较低且焊接质量相对较高。接难度相对较低且焊接质量相对较高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法


[0001]本专利技术涉及一种焊接方法，尤其是一种基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法。

技术介绍

[0002]紫铜具有优良的导电、导热性以及良好的力学性能和加工性能，因此紫铜在石油、化工、船舶等领域得到广泛地应用，尤其是被应用在精密仪器的散热器中。目前，激光焊接为连接精密仪器中紫铜部件最主要的连接方式，但铜合金属于面心立方晶体，其对常见的红外和近红外激光光源具有极高的反射率，激光焊接过程中高达90％的能量会被反射，导致激光辐射能难以被紫铜吸收，且紫铜热导率较高，焊缝接收热量后会迅速向四周材料传递，导致需要极大的热输入才能进行焊接。
[0003]目前人们主要通过焊前预热、提高激光功率、对紫铜进行表面处理等方法来提高激光吸收率，实现紫铜的激光焊接。其中，焊前预热需要在激光焊接前将紫铜板预热至400
‑
500℃，极大增加了焊接难度，工人的操作条件极为恶劣；提高激光功率需要将焊接功率提升至万瓦级别，该万瓦级别的功率远超适配功率，容易加剧激光束对熔池的搅拌，并造成熔池液滴的飞溅，在焊缝内部留下孔洞或在焊缝表面形成缺陷，降低焊接质量；对紫铜进行表面处理主要是通过涂覆法以及黑化处理改善紫铜表面状态以实现紫铜的激光焊接，涂覆法通过在紫铜待焊区表面涂覆镍、铬、石墨等提高吸收率，但涂层难以控制，涂层材料容易渗入焊缝，形成夹渣，导致焊接的强度下降，而黑化处理通过在紫铜表面生成黑色氧化膜提高对激光的吸收率，但由于引入了较多的铜氧化物，容易造成焊缝金属脆化，都会影响焊接质量。<br/>[0004]有鉴于此，本申请人对紫铜激光焊接方法进行了深入的研究，遂有本案产生。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种焊接难度相对较低且焊接质量相对较高的基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法，包括以下步骤：
[0008]S1，在两个待焊接的紫铜工件的表面分别确定待焊接区域，然后将两个所述紫铜工件相互拼接使得两个所述待焊接区域连成一片，并采用纳秒或飞秒激光在各所述各焊接区域上诱导烧蚀生成表面纳米颗粒，所述待焊接区域的宽度大于所述纳秒或飞秒激光的单道光束宽度；
[0009]S2，利用光纤焊接激光将两个所述紫铜工件焊接在一起。
[0010]作为本专利技术的一种改进，所述表面纳米颗粒的厚度为1
‑
5um。
[0011]作为本专利技术的一种改进，所述待焊接区域的宽度之和比所述光纤焊接激光的光斑直径大50
‑
100％。
[0012]作为本专利技术的一种改进，所述光纤焊接激光在气体保护下进行焊接。
[0013]作为本专利技术的一种改进，在步骤S1中，采用所述纳秒或飞秒激光在各所述各焊接区域上诱导烧蚀生成表面纳米颗粒时，通过所述纳秒或飞秒激光扫描路径的变化在所述待焊接区域上刻画大于所述纳秒或飞秒激光单道光束宽度的周期性几何结构。
[0014]作为本专利技术的一种改进，在步骤S1中，所述紫铜工件为紫铜板，两个所述紫铜板位于同一平面上，两个所述紫铜工件相互拼接后所形成的间隙小于所述紫铜板厚度的15％且大于0.15mm。
[0015]作为本专利技术的一种改进，在步骤S1中，所述紫铜工件为紫铜板，两个所述紫铜板层叠布置，两个所述紫铜工件相互拼接后所形成的间隙小于所述紫铜板厚度的25％。
[0016]作为本专利技术的一种改进，两个所述紫铜板的厚度互不相同，且厚度相对较大的所述紫铜板位于厚度相对较小的所述紫铜板的下方。
[0017]作为本专利技术的一种改进，在步骤S1中，所述紫铜工件为紫铜板，两个所述紫铜板垂直布置。
[0018]采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术采用两次激光介入进行紫铜板的焊接，首先采用纳秒或飞秒激光在紫铜板待焊区表面激光直写，诱导烧蚀生成表面纳米颗粒，然后利用光纤焊接激光对诱导烧蚀后的紫铜板进行焊接，紫铜板表面在纳秒激光作用下，表层微区金属超快熔化，直至熔池沸腾，熔滴发生溅射，形成微纳米颗粒，凝固后覆盖在烧蚀区域，这就会使后续的焊接激光入射到方向不一的纳米颗粒发生漫反射，能量多次吸收，极大地提高了紫铜对焊接激光能量的吸收率，焊接难度相对较低且焊接质量相对较高。
[0020]2、本专利技术的焊接方法可操作性强，不仅适用于对接接头，也适合T型接头，能够显著降低紫铜的激光焊接难度并且极大地改善了工人的加工条环境。
[0021]3、本专利技术所采用的方法与传统的紫铜表面黑化处理与涂覆法相比，由于表面纳米颗粒层极薄，能够更大幅度地增加紫铜对焊接激光的吸收率，同时避免了氧等杂质的引入，从而保证了焊后强度。
附图说明
[0022]图1为实施例中提供的一种周期性几何结构的示意图；
[0023]图2为实施例中提供的另一种周期性几何结构的示意图；
[0024]图3为两次激光在同一工序中完成的示意图；
[0025]图中标示对应如下：
[0026]10
‑
扫描路径；
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11
‑
表面纳米颗粒；
[0027]12
‑
几何单元；
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20
‑
纳秒或飞秒激光器；
[0028]30
‑
光纤激光器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
40
‑
紫铜板。
具体实施方式
[0029]下面结合具体实施例对专利技术做进一步的说明：
[0030]本实施例提供了一种基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法，采用两次激光介入进行紫铜板的焊接，具体包括以下两个步骤：
[0031]S1，在两个待焊接的紫铜工件的表面分别确定待焊接区域，紫铜工件可以为常规
的工件，在本实施例中以紫铜工件为紫铜板为例进行说明，焊接区域为紫铜板靠近焊缝的一个区域，各待焊接区域的宽度都大于下文提及的纳秒或飞秒激光的单道光束宽度，为保证下文将会提及的光纤激光的光斑能够完全作用在待焊接区域的范围内，在本实施例中，待焊接区域的宽度之和比光纤焊接激光的光斑直径大50
‑
100％。
[0032]确定待焊接区域之后，将两个紫铜工件相互拼接使得两个紫铜工件上的待焊接区域连成一片，并采用纳秒或飞秒激光在各焊接区域上激光直写，诱导烧蚀生成表面纳米颗粒，由于纳秒或飞秒激光能量极大，加工待焊接区域所需作用时间极短，几乎不对材料表面产生热效应而使晶体变粗，能够保证母材的性能。
[0033]具体的，紫铜板表面在纳秒或飞秒激光作用下，表层微区金属超快熔化，直至熔池沸腾，熔滴发生溅射，形成厚度为1
‑
5um的表面纳米颗粒层(即表面纳米颗粒的厚度为1
‑
5um)，凝固后覆盖在烧蚀区域，从而实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在两个待焊接的紫铜工件的表面分别确定待焊接区域，然后将两个所述紫铜工件相互拼接使得两个所述待焊接区域连成一片，并采用纳秒或飞秒激光在各所述各焊接区域上诱导烧蚀生成表面纳米颗粒，所述待焊接区域的宽度大于所述纳秒或飞秒激光的单道光束宽度；S2，利用光纤焊接激光将两个所述紫铜工件焊接在一起。2.如权利要求1所述的基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法，其特征在于，所述表面纳米颗粒的厚度为1
‑
5um。3.如权利要求1所述的基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法，其特征在于，所述待焊接区域的宽度之和比所述光纤焊接激光的光斑直径大50
‑
100％。4.如权利要求1所述的基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法，其特征在于，所述光纤焊接激光在气体保护下进行焊接。5.如权利要求1所述的基于表面纳米颗粒的紫铜激光焊接方法，其特征在于，在步骤S1中，采用所述纳秒或飞秒激光在各所述各焊接区域上诱导烧蚀生成表面纳米颗粒时，通过所述纳秒或飞秒激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：周广涛，丘明旺，温秋玲，郭玉龙，邝景臻，刘彪，黄涛，刘昶，崔黎林，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
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