本发明涉及焊接,更具体地说,涉及一种复合焊接方法。
背景技术:
1、透明材料与金属材料或透明材料的连接被应用于制作光学窗口、整流罩、传感器等,已广泛应用于飞机、卫星、导弹等领域。透明材料本身脆性高、韧性差,机械加工性较差,在使用时往往受制于其尺寸和形状的影响,且由于透明材料与金属材料的熔点、热膨胀系数等特性差异较大,透明材料与金属材料或透明材料的连接都存在很大难点。因此如何提升透明材料与金属材料或透明材料连接的安全性、可靠性是目前亟待解决的问题。
2、目前采用的胶结技术,是通过胶黏剂将透明材料与金属材料或透明材料连接在一起的方法,但其胶合粘接易漂白、易老化、并释放有害气体,且难以满足高温、高压、高载荷等苛刻的服役环境要求。
3、目前,一般是采用激光焊接实现透明材料与金属材料或透明材料的连接,为实现透明材料与金属材料或透明材料的高强度焊接,其要求待焊样品表面具备极低的表面粗糙度和极高的平面度,使待焊样品达到光学接触状态,因此,其对构件的表面加工精度要求以及装配工艺精度的要求很高。对于一些大尺寸且连接界面复杂(如曲面)的构件而言,需要采用加工精度很高的设备对构件进行加工,而这些设备的采购价格很高,因此大大增加了生产成本。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本发明要解决的技术问题是现有的透明材料与金属材料或透明材料的连接方法对构件的表面加工精度要求以及装配工艺精度的要求很高。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
5、本发明提供一种复合焊接方法,用于焊接连接第一待焊件与第二待焊件,其中,所述第一待焊件为透明材料,所述第二待焊件为透明材料或金属材料,复合焊接方法包括以下步骤:
6、s1、对所述第一待焊件和所述第二待焊件的表面进行清洁;
7、s2、在所述第一待焊件和所述第二待焊件的焊接界面上涂覆钎焊材料,并夹紧所述第一待焊件和所述第二待焊件,组成待焊组件;
8、s3、将所述待焊组件送入真空钎焊炉进行钎焊,所述钎焊材料受热熔化后冷却凝固形成钎焊层,所述钎焊层连接所述第一待焊件和所述第二待焊件,获得钎焊焊接件;
9、s4、将所述钎焊焊接件从所述真空钎焊炉中取出,将激光聚焦于所述钎焊焊接件的钎焊层,所述激光按照预设轨迹进行扫描焊接,获得焊接零件。
10、优选地,步骤s1具体包括以下步骤:
11、对所述第一待焊件和所述第二待焊件进行表面处理,以清理其表面的杂质;
12、表面处理完成后,将所述第一待焊件和所述第二待焊件在酒精中进行超声清洗并吹干。
13、优选地,步骤s3具体包括以下步骤:
14、将所述待焊组件置入真空钎焊炉内,将炉温升温到钎焊温度,所述钎焊材料受热熔化;
15、将所述待焊组件在所述钎焊温度下保温预设时间;
16、将炉温降低到室温,所述钎焊材料冷却凝固形成钎焊层,所述钎焊层连接所述第一待焊件和所述第二待焊件,获得钎焊焊接件。
17、优选地,步骤s4具体包括以下步骤:
18、将所述第一待焊件的表面朝上,所述激光穿过所述第一待焊件并聚焦于所述钎焊焊接件的钎焊层;
19、所述激光按照预设轨迹进行扫描焊接,激光在焊接界面上进行间隔焊,在所述焊接界面形成多个呈点阵分布的钉状焊缝,所述钉状焊缝连接所述第一待焊件、所述钎焊层以及所述第二待焊件,获得焊接零件。
20、优选地,所述激光包括脉冲激光、毫秒激光、纳秒激光、皮秒激光以及飞秒激光中的至少一种。
21、优选地,所述透明材料包括石英玻璃、硼硅玻璃、硅铝酸盐玻璃以及蓝宝石中的至少一种。
22、优选地,所述金属材料包括铜合金、可伐合金、钛合金、不锈钢、铝合金以及高温合金中的至少一种。
23、优选地,所述钎焊层包括第一扩散层、焊料层以及第二扩散层,所述钎焊材料与所述第一待焊件扩散连接形成所述第一扩散层,所述钎焊材料与所述第二待焊件扩散连接形成所述第二扩散层,所述钎焊材料熔化后冷却凝固形成所述焊料层,所述焊料层位于所述第一扩散层和所述第二扩散层之间。
24、优选地,所述预设轨迹为圆形、直线、弓形、或螺旋线。
25、优选地,所述第一待焊件为蓝宝石材料,所述第二待焊件为钛合金材料,所述钎焊材料为agcuti焊膏。
26、(三)有益效果
27、本发明的上述技术方案至少具有如下优点:
28、1、在本发明中,将钎焊材料加热至钎焊温度,在钎焊工装的夹持力的作用下,熔化后的钎焊材料流动并填充于第一待焊件与第二待焊件的焊接界面,使得第一待焊件与第二待焊件实现紧密接触。在钎焊过程中,钎焊材料与第一待焊件的接触界面、以及钎焊材料与第二待焊件的接触界面上发生扩散连接,钎焊材料冷却凝固后形成钎焊层,钎焊层实现对第一待焊件与第二待焊件的初步连接,形成钎焊焊接件。然后再利用激光透过第一待焊件聚焦到钎焊层处,使第一待焊件、钎料层以及第二待焊件在高能量密度的激光作用下快速熔化、凝固,形成高强度熔合焊缝,最终实现零件的连接。
29、2、本发明特别适用于复杂曲面焊接界面的焊接连接,在第一待焊件与第二待焊件之间的焊接界面上涂覆钎焊材料,钎焊材料能够填充第一待焊件和第二待焊件之间的装配间隙,使得第一待焊件与第二待焊件之间能实现紧密贴合,进而能够降低零件的装配精度的要求,降低对第一待焊件和第二待焊件的待焊界面的加工精度的要求,能够简化工艺、降低生产成本、提高生产效率。
30、3、本发明特别适用于大尺寸零件的焊接,通过在第一待焊件与第二待焊件之间的焊接界面上涂覆钎焊材料,组成待焊组件,将待焊组件放置在真空钎焊炉中进行钎焊,真空钎焊炉能够形成均匀的温度场,对第一待焊件与第二待焊件之间的焊接界面上各处的钎焊材料同时进行加热,钎焊材料在同一时间内熔化并流动至焊接界面的各处,使得焊接界面上熔化的钎焊材料流动更加充分,进而可以保证第一待焊件与第二待焊件能在焊接界面的各处实现紧密接触,进而提升焊接接头的结合强度。
31、4、本发明中,激光按照预设轨迹进行扫描焊接,激光在焊接界面上进行间隔焊,在焊接界面处产生超高温、超快相变、强键合,进行熔合焊接,在焊接界面形成多个呈点阵分布的钉状焊缝,钉状焊缝由第一待焊件、第二待焊件以及钎焊材料在高能量激光作用下同时熔化并快速冷却凝固后形成,其形成的焊缝的结合强度高。间隔焊能够避免在焊接界面上产生较高的热量积累,降低焊接界面处产生的热应力,提升焊接的质量。
1.一种复合焊接方法,其特征在于,用于焊接连接第一待焊件与第二待焊件,其中,所述第一待焊件为透明材料,所述第二待焊件为透明材料或金属材料,复合焊接方法包括以下步骤:
2.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,步骤s1具体包括以下步骤:
3.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,步骤s3具体包括以下步骤:
4.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,步骤s4具体包括以下步骤:
5.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,所述激光包括脉冲激光、毫秒激光、纳秒激光、皮秒激光以及飞秒激光中的至少一种。
6.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,所述透明材料包括石英玻璃、硼硅玻璃、硅铝酸盐玻璃以及蓝宝石中的至少一种。
7.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,所述金属材料包括铜合金、可伐合金、钛合金、不锈钢、铝合金以及高温合金中的至少一种。
8.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,所述钎焊层包括第一扩散层、焊料层以及第二扩散层,所述钎焊材料与所述第一待焊件扩散连接形成所述第一扩散层,所述钎焊材料与所述第二待焊件扩散连接形成所述第二扩散层,所述钎焊材料熔化后冷却凝固形成所述焊料层,所述焊料层位于所述第一扩散层和所述第二扩散层之间。
9.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,所述预设轨迹为圆形、直线、弓形、或螺旋线。
10.如权利要求1所述的复合焊接方法,其特征在于,所述第一待焊件为蓝宝石材料,所述第二待焊件为钛合金材料,所述钎焊材料为agcuti焊膏。
