[发明专利]一种用于高温合金的激光辅助熔化极电弧增材连接方法

说明书

本发明公开了一种用于高温合金的激光辅助熔化极电弧增材连接方法，属于焊接技术领域。该方法将激光电弧复合焊接技术和增材制造技术结合，通过激光光致等离子体和熔化极电弧的耦合作用，实现了小电流下稳定的熔滴过渡，通过精确控制每一道焊缝的宽度和深度，实现微小焊道的逐层累积，形成焊接接头，使得每道焊缝热输入更小，焊接热影响区更窄，熔池高温停留时间短，凝固速度加快，获得的熔池宽度变窄，熔池深度变浅，化学成分和组织更加均匀，气孔、裂纹等缺陷更容易控制，晶粒更细小，焊接应力和残余变形小，显著提高高温合金焊接接头的综合性能，增加构件使用寿命，具有较高的性价比。

技术领域

本发明涉及一种用于高温合金的激光辅助熔化极电弧增材连接方法，属于焊接技术领域。

背景技术

高温合金是目前航空发动机以及燃气轮机等高温部件不可替代的关键结构材料，焊接是高温合金结构件制造不可缺少的连接手段，高温合金长期在高温、高压、高速旋转及各种氧化腐蚀环境下运行，服役条件苛刻，对焊接接头的性能要求高，焊接的难度大。目前常采用的焊接方法是钨极氩弧焊、电子束焊、钎焊、摩擦焊等，主要问题是高温合金的裂纹敏感性、过热区的晶粒长大、焊缝化学成分及接头组织的不均匀性和焊接接头的等强性等。为了对高温合金焊接接头的缺陷、组织和性能综合控制，提高高温合金的使用寿命，保证高温合金焊接结构的安全运行，对新的焊接方法和工艺提出了越来越高的要求。

激光焊接技术具有能量密度集中、熔深大、焊接速度快、热影响区窄、焊接应力和残余变形小等特点，激光增材制造技术以分层制造为基础，突出个性化、小批量、少流程等特点，适合于精密零件的制造及关键复杂部件的修复，目前受到了广泛关注，将激光焊接技术和增材制造技术结合起来形成激光增材连接技术，将会综合各自的优点，适用于难焊金属和异种材料的连接。经对现有技术的文献检索发现，申请号201511028021.5公开了一份名称为“一种基于激光增材制造技术的激光连接方法”专利文件，该方法利用激光沉积的方法在两连接材料的焊缝之间通过逐层堆积的方法形成一个类似于两母材之间焊缝形状的新材料，利用所形成的新材料来连接两母材的新方法，添加的材料形式是粉末。申请号201511023612.3公开了一份名称为“一种TIG电弧同步预热辅助的基于激光增材制造的连接方法”专利文件，该发明采用非熔化极TIG电弧进行预热，缓解材料焊接过程裂纹敏感倾向，有效改善材料对激光吸收率低、焊接过程耗能大等缺点。申请号201610681729.9公开了一份名称为“激光电弧复合焊3D增材修补装置及修补方法”专利文件，该发明提供一种操作方便、可靠性高、适应性强的激光电弧复合焊增材修补装置，用于增材修补。然而，对于添加的材料是焊丝，利用激光光致等离子体和熔化极电弧的耦合作用，实现小电流下稳定的熔滴过渡，并与增材制造技术结合用于高温合金连接的方法还未见报道，由于采用焊丝，使得添加的成分稳定，成本低，作业环境改善。

发明内容

为了克服现有高温合金焊接技术的不足，本发明提供了一种用于高温合金的激光辅助熔化极电弧增材连接方法，该方法能够提高高温合金焊接接头的性能，增加使用寿命，具有较高的性价比。

本发明的一种用于高温合金的激光辅助熔化极电弧增材连接方法，它是按照以下步骤进行：

步骤一、在焊接前采用刨边机将高温合金的待连接部位加工成X型坡口，然后对距离坡口两端20cm范围内进行打磨露出金属光泽，最后对加工及打磨的部位进行清洗，将清洗后的工件用焊接工装夹具固定；

步骤二、将焊枪与激光头置于同一平面内，激光头竖直向下，焊枪与工件的夹角为30°～60°，与激光头形成旁轴复合，焊丝与工件的交点到激光作用点的距离为0mm～2mm；