一种环形构件的激光焊接方法

本发明涉及焊接，尤其涉及一种环形构件的激光焊接方法。

背景技术：

1、激光焊接是一种以高能光束使金属熔化之后凝固产生连结的加工方式，其能量输入响应迅速，升温速率快，具有极高的时间稳定性和空间分布的灵活性。激光焊接产生的热影响区狭窄，工件不易变形或变形小，而且对工件尺寸形状等没有限制，可以产生高强度、低变形和残余应力的焊缝。航空航天领域一些小尺寸高温合金或钛合金材料连接件，相对常规熔化焊如mig与tig，高焊接速率带来较窄的热影响区，可以有效地减少焊接过程中高温合金或钛合金焊接接头的第二相形成，使焊接接头的性能提高。但激光焊接过程会涉及一系列的复杂行为，如金属的过度蒸发、烧蚀、激光反射等，会导致焊接过程产生各种缺陷，特别是焊接气孔缺陷总是存在于焊接过程，影响焊接接头的质量。

2、焊接气孔主要是金属激光焊接过程中，激光束在材料表面造成材料蒸发留下匙孔，局部金属的熔化使得匙孔尖端在焊接过程中结构变得不稳定，激光斑移动过程焊缝固液结构出现波动，匙孔壁可能突然失稳塌陷并将保护气体或残留水汽蒸发形成的空气包裹住。焊接过程两侧金属蒸发过程不同步，焊接过程匙孔尖端会因为剧烈的蒸发产生一瞬间真空，内部压力非常低，气体进入这些区域被匙孔尖端后侧的涡流群捕获。焊接过程激光对局部金属的蒸发会带来微区受力状态改变，匙孔上的反冲压力会持续增加，导致匙孔失稳塌陷孔隙的面积以及数量都提高。同时匙孔底部与其他位置相比，那里的温度梯度和冷却速度非常大，熔池底部较大的冷却速度限制了气泡运动，随熔体流动速率下降最后凝固形成气孔。

3、目前对焊缝中的气孔缺陷，普遍认为通过降低激光能量密度，使得熔池的深宽比下降，反冲压力变小，匙孔变得更稳定从而抑制焊接气孔，促进气泡溢出。但降低激光功率有可能导致能量密度降低，造成激光焊接过程中的虚焊，并且不利于一些具有焊接深度要求构件的实施。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种环形构件的激光焊接方法，采用本发明的方法，能够有效避免高温合金以及钛合金等航空航天用环形构件形成气孔缺陷。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种环形构件的激光焊接方法，包括以下步骤：

4、将连接件套入环形固定片中，形成过盈配合，得到环形构件；

5、对所述环形构件的待焊区域进行激光扫描预热，然后在通冷却气体的条件下进行激光焊接。

6、优选的，所述连接件和环形固定片的材质为高温合金或钛合金。

7、优选的，当所述连接件和环形固定片的材质为高温合金，所述激光扫描预热的功率为80～160w；

8、当所述连接件和环形固定片的材质为钛合金，所述激光扫描预热的功率为80～100w。

9、优选的，所述激光扫描预热的周次为2～4次，速率为2～8mm/s。

10、优选的，所述激光扫描预热的光斑直径为2～4mm。

11、优选的，所述激光焊接的功率为200～600w。

12、优选的，所述激光焊接的扫描速率为10～25mm/s。

13、优选的，所述激光焊接的光斑直径为1～2mm。

14、优选的，所述冷却气体为氩气，流量为2～3.5l/min。

15、优选的，所述过盈配合的过盈量为0.02～0.1mm

16、本发明提供了一种环形构件的激光焊接方法，包括以下步骤：将连接件套入环形固定片中，形成过盈配合，得到环形构件；对所述环形构件的待焊区域进行激光扫描预热，然后在通冷却气体的条件下进行激光焊接。

17、焊接功率过高，容易导致局部瞬间气化，期间形成的孔洞即匙孔会失稳塌陷，包裹孔洞形成气孔。同时，在冷却过程中，由于孔洞周围是有表面张力的，如果气孔周围的熔体没有足够的能力流动来补充孔洞，那么孔洞就会留下来。本发明通过激光预扫描，使得焊接区域基体温度上升，这样在完成焊接后，其冷却凝固速率会明显下降，给予匙孔足够的补缩条件，从而避免气孔产生。

技术特征：

1.一种环形构件的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述连接件和环形固定片的材质为高温合金或钛合金。

3.根据权利要求2所述的激光焊接方法，其特征在于，当所述连接件和环形固定片的材质为高温合金，所述激光扫描预热的功率为80～160w；

4.根据权利要求1～3任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光扫描预热的周次为2～4次，速率为2～8mm/s。

5.根据权利要求1～3任一项所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光扫描预热的光斑直径为2～4mm。

6.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接的功率为200～600w。

7.根据权利要求1或6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接的扫描速率为10～25mm/s。

8.根据权利要求1或6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接的光斑直径为1～2mm。

9.根据权利要求1或6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述冷却气体为氩气，流量为2～3.5l/min。

10.根据权利要求1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述过盈配合的过盈量为0.02～0.1mm。

技术总结本发明提供了一种环形构件的激光焊接方法，涉及焊接技术领域。本发明将连接件套入环形固定片中，形成过盈配合，得到环形构件；对所述环形构件的待焊区域进行激光扫描预热，然后在通冷却气体的条件下进行激光焊接。本发明通过激光预扫描，使得焊接区域基体温度上升，这样在完成焊接后，其冷却凝固速率会明显下降，给予匙孔足够的补缩条件，从而避免气孔产生。技术研发人员：梁宇,乐南平,裴烈勇,周磊,胡隆伟,宋庆华,李祥,梁益龙受保护的技术使用者：贵州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13