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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410688122.4 (22)申请日 2014.11.25 B23K 26/24(2014.01) B23K 26/12(2014.01) B23K 26/06(2014.01) B23K 26/0622(2014.01) B23K 26/60(2014.01) (71)申请人北京航星机器制造有限公司 地址 100013 北京市东城区和平里东街11 号 (72)发明人王志敏 步贤政 姚为 李宏伟 梁继哲 (74)专利代理机构北京卫平智业专利代理事务 所(普通合伙) 11392 代理人符彦慈 (54) 发明名称 一种Ti 2 AlN。
2、b基金属间化合物双光束脉冲激 光焊接方法 (57) 摘要 本发明提出了一种Ti 2 AlNb基金属间化合物 双光束脉冲激光焊接方法。该方法采用固体激光 器进行焊接。焊接前将Ti 2 AlNb基金属间化合物 表面氧化皮、油污等杂质清理干净，保证对接装配 间隙小于0.15mm，然后用固体激光器脉冲模式采 用双光束进行焊接，焊接时采用99.99的高纯 氩气进行焊缝正、反面保护，焊接时采用无填丝深 熔焊，母材金属自熔形成焊缝。本发明所提出的激 光焊接方法可实现1mm3mm厚Ti 2 AlNb基金属 间化合物的有效连接，能够减少焊接过程的除裂 纹倾向，提高焊接过程的稳定性，改善焊缝的成形 质量，接头抗拉。
3、强度达到母材抗拉强度的85以 上。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104384718 A (43)申请公布日 2015.03.04 CN 104384718 A 1/1页 2 1.一种Ti 2 AlNb基金属间化合物双光束脉冲激光焊接方法，其特征在于：它包括以下 步骤： (1)将Ti 2 AlNb基金属间化合物表面油污、氧化皮等杂质清理干净后装配合适，采用固 体激光器进行焊接，焊接过程中焊接熔池、焊缝正、反面采用氩气惰性气体保护； (2)焊前将距Ti 2 AlNb焊缝中心周围2。
4、0mm50mm范围内氧化皮、油污等清理干净，焊 缝对接端面采用刮刀进行刮削，直至露出白亮色金属本体，然后采用丙酮擦拭干净； (3)将清理干净的Ti 2 AlNb板装卡合适，保证对接间隙不大于0.15mm、阶差不大于15 母材壁厚，装配合适后用夹具夹紧； (4)Ti 2 AlNb激光焊接所采用的激光器为固体激光器，焊接头具有双光束功能，焊接时 采用脉冲激光焊接。 2.如权利要求1所述的一种Ti 2 AlNb基金属间化合物双光束脉冲激光焊接方法，其特 征在于：具体激光焊接工艺参数为：焊接所用的激光束为双光束，双光束间距为0.18mm 0.54mm，脉冲激光波形为矩形波，激光基值功率P 基 为500。
5、W1000W，激光峰值功率P 峰 为 1000W3200W，脉冲宽度tp为20ms；焊接速度v为1000mm/min1500mm/min；光斑直径 D为0.45mm，离焦量l为0mm。 3.权利要求1所述的Ti 2 AlNb基金属间化合物双光束脉冲激光焊接方法，其特征在于： 焊接过程中采用纯度不低于99.99的氩气进行正反面保护，正面侧吹气流量为(1520) L/min，背部保护气流量为(25)L/min。 权 利 要 求 书CN 104384718 A 1/3页 3 一种 Ti 2 AlNb 基金属间化合物双光束脉冲激光焊接方法 技术领域 0001 本发明属于一种激光焊接方法，具体涉及一种T。
6、i 2 AlNb基金属间化合物的激光焊 接方法。 背景技术 0002 随着轻质耐高温材料的发展，Ti 2 AlNb基金属间化合物由于其优异的高温强度、比 强度以及较低的密度，越来越多的被应用于上述领域。该材料已开始应用于航空航天产品 制造，可有效减轻产品结构重量，提高产品性能。实际工程研制时，常常需要对不同零部件 进行焊接，用以实现产品设计要求，焊缝质量直接影响该材料在产品中的应用，因此需要对 Ti 2 AlNb基金属间化合物的焊接方法和工艺进行严格控制。 0003 目前Ti 2 AlNb基金属间化合物的焊接方法主要有钎焊、扩散焊、氩弧焊、电子束焊 等。其中钎焊、扩散焊焊接接头高温强度较低，并。
7、且接头形式一般为搭接接头，难以用于主 要的承载结构，限制了这两种焊接方法在实际产品中的应用。由于Ti 2 AlNb基金属间化合物 裂纹敏感性强，接头脆性大，氩弧焊焊接时热输入较大，常常在焊接过程中就会出现裂纹， 或在焊接后一定时间内会形成冷裂纹，需要采用焊前预热和焊后后热的工艺防止焊缝冷裂 倾向，但预热、后热工艺增加了工艺难度，影响焊接效率，且氩弧焊接头强度偏低。电子束焊 接具有焊接速度快、焊接热输入小、焊缝无氧化等优点，可实现Ti 2 AlNb基金属间化合物的 有效焊接，但由于电子束焊接需在真空环境中进行，焊接效率较低。 0004 激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊接变形小、焊接时不需要。
8、真空室，易于 实现自动化等优点，可以满足未来产品高质量、高效率的焊接需 求。但目前对Ti 2 AlNb基 金属间化合物激光焊接的研究较少，缺乏控制激光焊缝冷裂纹、氧化等缺陷的激光焊接工 艺方法。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种Ti 2 AlNb基金属间化合物的激光焊接方法，采用该方法 可以降低Ti 2 AlNb基金属间化合物焊缝裂纹敏感性，获得良好的焊缝外观及内部质量，得到 性能较好的焊接接头。 0006 本发明是这样实现的，一种Ti 2 AlNb基金属间化合物双光束脉冲激光焊接方法，它 包括以下步骤： 0007 (1)将Ti 2 AlNb基金属间化合物表面油污、氧化皮等杂质清理干。
9、净后装配合适，采 用固体激光器进行焊接，焊接过程中焊接熔池、焊缝正、反面采用氩气惰性气体保护； 0008 (2)焊前将距Ti 2 AlNb焊缝中心周围20mm50mm范围内氧化皮、油污等清理干净， 焊缝对接端面采用刮刀进行刮削，直至露出白亮色金属本体，然后采用丙酮擦拭干净； 0009 (3)将清理干净的Ti 2 AlNb板装卡合适，保证对接间隙不大于0.15mm、阶差不大于 15母材壁厚，装配合适后用夹具夹紧； 0010 (4)Ti 2 AlNb激光焊接所采用的激光器为固体激光器，焊接头具有双光束功能，焊 说 明 书CN 104384718 A 2/3页 4 接时采用脉冲激光焊接。 0011 。
10、具体激光焊接工艺参数为：焊接所用的激光束为双光束，双光束间距为0.18mm 0.54mm，脉冲激光波形为矩形波，激光基值功率P 基 为500W1000W，激光峰值功率P 峰 为 1000W3200W，脉冲宽度tp为20ms；焊接速度v为1000mm/min1500mm/min；光斑直径 D为0.45mm，离焦量l为0mm。 0012 焊接过程中采用纯度不低于99.99的氩气进行正反面保护，正面侧吹气流量为 (1520)L/min，背部保护气流量为(25)L/min。 0013 本发明的优点是，采用固体激光器进行焊接，将输出的激光调整为前后穿行的双 光束，将激光波形输出调整为脉冲方波，以适当的焊。
11、接速度对待焊试件进行焊接，焊接时采 用氩气进行正、反面保护，以保证焊缝质量和综合力学性能。试验表明：采用本发明提出的 激光焊接方法，在焊接1mm3mm厚Ti 2 AlNb基金属间化合物时，可有效避免焊缝冷裂纹的 出现，焊缝成形良好，符合GJB1718A-2005标准I级焊缝要求，接头抗拉强度达到母材抗拉 强度的85以上。 附图说明 0014 图1为双光束焊接示意图； 0015 图2为脉冲激光波形示意图。 具体实施方式 0016 下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍： 0017 焊前用丙酮将距离Ti 2 AlNb基金属间化合物焊缝中心周围20mm50mm范围内的 油污拭干净、用砂纸或钢丝刷将。
12、氧化皮等杂质清理干净，焊缝对接端面采用刮刀进行刮削， 直至露出金属本体； 0018 将清理干净的Ti 2 AlNb平板装配在具有背部充气保护装置的焊接工装上，保证焊 缝对接间隙不大于0.15mm、阶差不大于15母材壁厚； 0019 焊接时所选用的激光器为固体激光器，采用双光束脉冲激光进行焊接，双光束的 分布方式为串行。 0020 具体激光焊接工艺参数为：焊接所用的激光束为双光束(如附图1所示)，双光 束间距为0.18mm0.54mm，脉冲激光波形为矩形波(如附图2所示)，激光基值功率P 基 为500W1000W，激光峰值功率P 峰 为1000W3200W，脉冲宽度tp为20ms；焊接速度v为 。
13、1000mm/min1500mm/min；光斑直径D为0.45mm，离焦量l为0mm。 0021 焊接过程中采用纯度不低于99.99的氩气进行正反面保护，正面侧吹气 流量为 (1520)L/min，背部保护气流量为(25)L/min； 0022 根据实际焊接需求，可以设置相应的焊接收弧距离，一般收弧距离可选(25) mm，也可根据产品结构需要自行设定。收弧时选用连续衰减的锯齿形激光输出，使焊接弧坑 在反复熔化凝固过程中逐渐缩小封闭。 0023 工作原理：本发明为一种Ti 2 AlNb基金属间化合物激光焊接方法，焊前用将距离 Ti 2 AlNb基金属间化合物焊缝中心周围20mm50mm范围内杂质。
14、清理干净，并采用氩气进 行焊缝正反面保护，采用固体激光器进行焊接，将输出的激光调整为前后穿行的双光束，将 说 明 书CN 104384718 A 3/3页 5 激光波形输出调整为脉冲方波，焊缝收弧时采用震荡衰减的锯齿形波收弧。避免了焊缝冷 裂纹的出现，可以得到表面质量较好，综合力学性能优良的Ti 2 AlNb基金属间化合物激光焊 缝。 0024 本发明采用Nd:YAG固体激光器作为激光源，最大输出功率4kW，激光波长为 1.06m，焊接头配备双光束调节模块，采用焦距为150mm的聚焦透镜。选用的Ti 2 AlNb金 属间化合物主要成分(wt)如下，Al：11.1、Nb：42.22、Ti：余量。。
15、 0025 实施例1：Ti 2 AlNb金属间化合物1mm厚平板对接焊 0026 焊接规范如下：两激光束间距0.18mm，激光基值功率P 基 为500W，激光峰值功率P 峰 为1300W，脉冲宽度tp为20ms；焊接速度v为1500mm/min；光斑直径D为0.45mm，离焦量l 为0mm；正面气体流量为15L/min，背部气体流量为2L/min。焊接结果表面：焊缝表面成形 良好，保护良好。焊缝常温平均抗拉强度可达1014MPa，平均断后伸长率为6。 0027 实施例2：Ti 2 AlNb金属间化合物2mm厚平板对接焊 0028 焊接规范如下：两激光束间距0.36mm，激光基值功率P 基 为7。
16、00W，激光峰值功率P 峰 为1500W，脉冲宽度tp为20ms；焊接速度v为1200mm/min；光斑直径D为0.45mm，离焦量l 为0mm；正面气体流量为18L/min，背部气体流量为4L/min。焊接结果表面：焊缝表面成形 良好，保护良好。焊缝常温 平均抗拉强度可达1030MPa，平均断后伸长率为5。 0029 实施例3：Ti 2 AlNb金属间化合物3mm厚平板对接焊 0030 焊接规范如下：两激光束间距0.54mm，激光基值功率P 基 为1000W，激光峰值功率P 峰 为2400W，脉冲宽度tp为20m s ；焊接速度v为1000mm/min；光斑直径D为0.45mm，离焦量 l为0mm；正面气体流量为20L/min，背部气体流量为5L/min。焊接结果表面：焊缝表面成形 良好，保护良好。焊缝常温平均抗拉强度可达984MPa，平均断后伸长率为5。 说 明 书CN 104384718 A 1/1页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104384718 A 。