一種激光輔助真空擴散連接裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種激光輔助真空擴散連接裝置，裝置包括真空室、光纖激光器、高頻感應加熱裝置、夾具、壓頭。通過激光快速加熱重熔鈦及鈦合金待連接表面，經快速冷凝在母材表面得到超細小的晶粒組織，提高了元素活性和待連接界面的擴散能力，從而可以在較低的溫度和較短的時間內實現鈦及鈦合金的高質量擴散連接。本實用新型工藝簡單、適應性強，可廣泛應用于鈦及鈦合金的擴散連接。
【專利說明】
一種激光輔助真空擴散連接裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及金屬擴散連接的裝置，具體涉及一種激光輔助真空擴散連接裝置。
【【背景技術】】
[0002]擴散連接是金屬材料大面積連接的首選方法，在航空航天、電力電子等領域均具有廣泛的應用前景。然而傳統的擴散連接技術需要較高的連接溫度(一般為材料熔點的70%左右)，需要消耗較多的能源，同時也增大了對母材的熱損傷，尤其對于鈦合金等輕質高強金屬材料，過高的連接溫度會導致母材晶粒惡性長大或相變，力學性能嚴重下降，因此利用先進的表面處理技術輔助開發低溫擴散連接方法具有重要的理論和實用意義。擴散連接分為物理接觸、接觸表面的激活和界面推移、界面和孔洞消失三個階段。從擴散焊接技術理論可知，焊接界面的緊密接觸和界面的空洞消除與材料的塑性變形、蠕變及擴散過程關系密切。因此可以利用一些塑性金屬材料(如鈦及鈦合金)的高延展性來加速界面的緊密接觸過程和提高晶界的擴散作用，從而能在較低的溫度和較短的時間內實現擴散連接。
[0003]采用激光快速加熱重熔技術對金屬材料表面進行處理，快速冷卻可在表面得到一層超細晶粒，去除材料表面的連續氧化膜，使待連接表面獲得高延展性，能夠在連接接觸階段迅速發生塑性變形，從而大大加速了緊密接觸階段，最主要的是超細晶粒明顯提高了界面元素活性和擴散能力，顯著改善擴散連接質量。
[0004]基于上述，需要有一種采用激光來進行擴散連接的裝置。
【
【發明內容】
】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種激光輔助真空擴散連接裝置，該連接裝置能夠在低溫和短時間內實現金屬的高質量擴散連接。
[0006]本實用新型采用的技術方案如下:
[0007]—種激光輔助真空擴散連接裝置，包括上壓頭3和下壓頭8，上壓頭3上設置有用于夾持第一待焊工件5的上夾具，下壓頭8上設置有用于夾持第二待焊工件7的下夾具6;所述的待焊工件(5、7)待焊表面的前方分別設置有用于給待焊表面加熱的第二激光器11與第一激光器10，所述的待焊工件(5、7)待焊表面的周向固定設置有感應線圈2-1，感應線圈2-1用于對待焊工件的待焊位置進行加熱。
[0008]所述的感應線圈2-1固定安裝在下夾具6上。
[0009]所述的感應線圈2-1的高度可調節。
[0010]所述的上壓頭3、下壓頭8、激光器(10、11)和感應線圈2-1均設置在真空室9內。
[0011]所述的第一激光器10設置在第二待焊工件7的斜上方，所述的第二激光器11設置在第一待焊工件5的斜下方。
[0012]所述的激光器(10、11)上連接有激光發生器I，所述的感應線圈2-1上連接有高頻感應電源2。
[0013]所述的上壓頭3與下壓頭8同軸設置。
[0014]所述的激光器(1、11)與各自待加熱的待焊工件(7、5)交錯布置。
[0015]所述的第一激光器10與第二激光器11分別位于第一待焊工件5與第二待焊工件7的兩側。
[0016]所述的激光發生器I與高頻感應電源2設置在真空室9的外部。
[0017]本實用新型的有益效果是:通過設置激光器，用激光快速加熱重熔后可去除待焊工件表面的氧化膜，而且在待焊工件表面得到一層超細晶粒，獲得高延展性，使其在連接接觸階段迅速發生塑性變形，大大加速了緊密接觸階段;超細晶粒加大了界面的元素活性和擴散能力，顯著加速了孔洞和界面的消失過程，從而在較低的溫度和較短的時間內實現待焊金屬(如鈦及鈦合金)的高質量擴散；用激光加熱待焊表面后，通過上下壓頭的作用使待焊工件待焊表面緊密接觸并施加適當的壓力，再通過設置的感應線圈對待焊表面區域加熱來進行擴散連接。
[0018]本實用新型對現有擴散焊設備的要求較低，其各配件的制造工藝以及所涉及的相關技術比較成熟，因此成本低、適應性強，可廣泛應用于鈦及鈦合金的擴散連接。
【【附圖說明】】
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0020]其中:1-激光發生器，2-高頻感應電源，2-1-感應線圈，3-上壓頭，4-上夾具，5_第一待焊工件，6-下夾具，7-第二待焊工件，8-下壓頭，9-真空室，10-第一激光器，11-激光器。
【【具體實施方式】】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0022]如圖1所示，一種激光輔助真空擴散連接裝置，包括激光發生器1、高頻感應電源2、感應線圈2-1、上壓頭3、上夾具4、下夾具6、下壓頭8、真空室9、第一激光器10、第二激光器。上夾具4由螺栓緊固在上壓頭3上，第一待焊工件5與上壓頭3軸心線正對并裝配在上夾具4上。第二待焊工件7與下壓頭8軸心線正對并裝配在下夾具6上。由高頻感應電源2控制的感應線圈2-1緊固連接在下夾具6上，感應線圈2-1設置在待焊工件(5、7)待焊表面的周向，其高度可調節;激光發生器I連接兩個激光器(10、11 )，第一激光器10設置在第二待焊工件7的斜上方，所述的第二激光器11設置在第一待焊工件5的斜下方;本實用新型的上壓頭3、下壓頭8、激光器(10、11)和感應線圈2-1均設置在真空室9內。
[0023]本實用新型的工作過程如下:
[0024]待焊工件(5、7)裝配好后，調節上下壓頭(3、8)位置，使待焊工件(5、7)的待焊表面之間具有一段距離，再使激光器(10、11)所發射的激光束正好完整覆蓋下、上兩塊待焊工件(7、5)的待焊表面。通過真空系統對真空室9進行抽真空，待真空室9內真空度達到要求后，調整激光發生器I的參數，開啟激光發生器I，使上、下兩塊待焊工件(5、7)的待焊表面快速加熱重熔，直至加熱到需要的狀態，然后關閉激光器I;待關閉激光器I后，驅動上壓頭3使第一待焊工件5和第二待焊工件7緊密接觸，調節壓頭的加壓壓力;再開啟高頻感應電源2使感應線圈2-1對待焊工件(5、7)的待焊表面部位進行加熱，擴散連接過程中，通過高頻感應電源系統對保溫溫度和保溫時間進行控制;擴散連接結束后，自動關閉加熱電源，待工件溫度下降到要求溫度后，卸載，然后打開真空室9取件，完成擴散連接過程。
[0025]本實用新型在擴散連接之前，兩側的激光束先對工件表面進行激光快速加熱重熔，隨后采用高頻感應局部加熱的方式進行擴散連接，激光重熔表面處理與擴散連接均在同一個真空室內完成，這樣可以有效的避免材料表面處理后的二次氧化問題，實現低溫高效高質量擴散連接。
【主權項】
1.一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，包括上壓頭(3)和下壓頭(8)，上壓頭(3)上設置有用于夾持第一待焊工件(5)的上夾具，下壓頭(8)上設置有用于夾持第二待焊工件(7)的下夾具(6);所述的待焊工件(5、7)的待焊表面的前方分別設置有用于給待焊表面加熱的第二激光器(11)與第一激光器(10)，所述的待焊工件(5、7)的待焊表面的周向固定設置有感應線圈(2-1)，感應線圈(2-1)用于對待焊工件的待焊位置進行加熱。2.根據權利要求1所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的感應線圈(2-1)固定安裝在下夾具(6)上。3.根據權利要求1所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的感應線圈(2-1)的高度可調節。4.根據權利要求1所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的上壓頭(3)、下壓頭(8)、激光器(10、11)和感應線圈(2-1)均設置在真空室(9)內。5.根據權利要求1所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的第一激光器(10)設置在第二待焊工件(7)的斜上方，所述的第二激光器(11)設置在第一待焊工件(5)的斜下方。6.根據權利要求1所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的激光器(10,11)上連接有激光發生器(I)，所述的感應線圈(2-1)上連接有高頻感應電源(2)。7.根據權利要求1所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的上壓頭(3)與下壓頭(8)同軸設置。8.根據權利要求1所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的激光器(10、11)與各自待加熱的待焊工件(7、5)交錯布置。9.根據權利要求1所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的第一激光器(10)與第二激光器(11)分別位于第一待焊工件(5)與第二待焊工件(7)的兩側。10.根據權利要求4或6所述的一種激光輔助真空擴散連接裝置，其特征在于，所述的激光發生器(I)與高頻感應電源(2)設置在真空室(9)的外部。
【文檔編號】B23K103/14GK205414728SQ201620212771
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】曹健, 王東, 王軍, 楊四海, 車德健, 暴龍
【申請人】陜西漢和機電科技股份有限公司