[发明专利]一种电磁电流耦合场辅助的激光-TIG电弧复合熔钎焊方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊领域，特别是利用外加磁场和电场辅助的激光-TIG电弧复合熔钎焊方法和设备。

背景技术

激光焊是利用高能量密度的激光束作为能源进行焊接的一种高效精密的焊接方法，激光焊具有高能量密度、深穿透、高精度、适应性强等优点而受到各发达国家的重视。激光焊对于一些特殊的材料及结构的焊接具有非常重要的作用，在航天航空、电子、汽车制造、核动力等高新技术领域中得到应用，并日益受到工业发达国家的重视；激光钎焊技术运用激光的高密度能量可实现高区域局限性，短时间的加热，避免对热敏感元件的热冲击，高的加热冷却速度还将获得组织细密的钎焊接头，因此，激光钎焊技术具有广阔的应用前景；激光-电弧复合热源焊接技术具有焊接质量好、焊接速度快等优点，已经广泛地应用于汽车、航空等工业的薄壁金属焊接中。

关于激光钎焊技术方面的专利，如中国专利号为200710144908.X，发明创造名称为“超声波辅助激光钎(熔)焊方法”，公开了一种在激光钎焊低熔点镀层金属或者激光钎(熔)焊异种金属过程中，同时在即将凝固的焊缝区域内施加高频率振动的超声波。利用超声波的高频振动达到搅拌熔融钎料的目的，从而改善焊接质量；另外，中国专利号为01131094.4，发明创造名称为“多种异质复合结构侧极的丝网辅助激光钎焊方法”，公开了一种多种异质复合结构侧极的丝网辅助激光钎焊方法，该方法为先在元件侧面涂钎料，再在钎料中放置金属丝网，最后用激光束加热，使钎料熔化，之后冷却凝固后形成元件的侧极。

非熔化极惰性气体保护电弧熔-钎焊是以一种新型的以TIG电弧为热源的钎焊工艺，非熔化极惰性气体保护电弧钎焊(TIG电弧钎焊)，钎焊时电弧在电极与工件之间引燃，采用惰性气体进行保护，以熔点低于母材的焊丝作为焊接材料(钎料)，焊接时焊丝(钎料)熔化而母材局部或不熔化，实现同种或异种金属材料间的连接；2000年乌克兰巴顿焊接研究所和乌克兰海洋技术大学发明了TIG氩弧钎焊镍基合金工艺，并对镍基合金叶片进行电弧钎焊修复技术研究；德国、美国、日本等国在汽车部件制造及电器制造业种已经采用这种方法。电弧钎焊热输入小，接头变形与焊接热影响区小，操作方便且易于实现自动化，同时电弧能有效去除氧化膜，焊后接头不用清洗，是一种具有很高实用价值的焊接技术，有着广泛的发展空间。

电磁搅拌技术(EMS)，是近年来发展和逐渐完善起来的一种新型焊接技术，1971年Tseng和Savage深入研究了TIG焊时电磁搅拌对微观组织和性能的影响，随后，国内外开始对外加磁场作用下的焊接技术开展了广泛研究。电弧钎焊过程中利用焊接电弧作为热源且填充焊丝(钎料)发生了熔化和重新凝固，因此辅助电磁搅拌用于电弧钎焊过程中可以改变熔池金属柱状晶生长方向，细化组织，影响初生相与共晶组织的形貌和尺寸，促进成分均匀化以及控制界面形状。

焊接电弧是一种持续的气体放电现象，在外加磁场作用下其形态会发生明显变化。外加纵向磁场使电弧温度分布发散，温度场“矮而胖”，电弧中心的温度下降、径向温度梯度减小。由于焊接电弧的旋转扩张，焊缝熔宽增加而熔深减小，熔池中的液态金属受洛仑兹力的作用绕焊接电弧中心轴旋转，前端液态金属沿熔池一侧向尾部流动，相应的熔池尾部液态金属沿另一侧向前端流动，有利于电弧钎焊过程中液态钎料的流动及其对固态母材的润湿与铺展。

液态钎料充分流入并致密地填满全部钎缝间隙，又与母材发生很好的相互作用，是形成优质钎焊接头的前提。目前，单一钎焊方法在使用时常受到设备或工艺特点的限制，且一般都需要使用钎剂；复合钎焊方法已经逐渐受到重视并开展了相应的研究和应用，如电磁电场复合钎焊、激光电弧复合钎焊等。

发明内容