一种激光辅助真空扩散连接装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种激光辅助真空扩散连接装置，装置包括真空室、光纤激光器、高频感应加热装置、夹具、压头。通过激光快速加热重熔钛及钛合金待连接表面，经快速冷凝在母材表面得到超细小的晶粒组织，提高了元素活性和待连接界面的扩散能力，从而可以在较低的温度和较短的时间内实现钛及钛合金的高质量扩散连接。本实用新型工艺简单、适应性强，可广泛应用于钛及钛合金的扩散连接。
【专利说明】
一种激光辅助真空扩散连接装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及金属扩散连接的装置，具体涉及一种激光辅助真空扩散连接装置。
【【背景技术】】
[0002]扩散连接是金属材料大面积连接的首选方法，在航空航天、电力电子等领域均具有广泛的应用前景。然而传统的扩散连接技术需要较高的连接温度(一般为材料熔点的70%左右)，需要消耗较多的能源，同时也增大了对母材的热损伤，尤其对于钛合金等轻质高强金属材料，过高的连接温度会导致母材晶粒恶性长大或相变，力学性能严重下降，因此利用先进的表面处理技术辅助开发低温扩散连接方法具有重要的理论和实用意义。扩散连接分为物理接触、接触表面的激活和界面推移、界面和孔洞消失三个阶段。从扩散焊接技术理论可知，焊接界面的紧密接触和界面的空洞消除与材料的塑性变形、蠕变及扩散过程关系密切。因此可以利用一些塑性金属材料(如钛及钛合金)的高延展性来加速界面的紧密接触过程和提高晶界的扩散作用，从而能在较低的温度和较短的时间内实现扩散连接。
[0003]采用激光快速加热重熔技术对金属材料表面进行处理，快速冷却可在表面得到一层超细晶粒，去除材料表面的连续氧化膜，使待连接表面获得高延展性，能够在连接接触阶段迅速发生塑性变形，从而大大加速了紧密接触阶段，最主要的是超细晶粒明显提高了界面元素活性和扩散能力，显著改善扩散连接质量。
[0004]基于上述，需要有一种采用激光来进行扩散连接的装置。
【
【发明内容】
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[0005]本实用新型的目的在于提供一种激光辅助真空扩散连接装置，该连接装置能够在低温和短时间内实现金属的高质量扩散连接。
[0006]本实用新型采用的技术方案如下:
[0007]—种激光辅助真空扩散连接装置，包括上压头3和下压头8，上压头3上设置有用于夹持第一待焊工件5的上夹具，下压头8上设置有用于夹持第二待焊工件7的下夹具6;所述的待焊工件(5、7)待焊表面的前方分别设置有用于给待焊表面加热的第二激光器11与第一激光器10，所述的待焊工件(5、7)待焊表面的周向固定设置有感应线圈2-1，感应线圈2-1用于对待焊工件的待焊位置进行加热。
[0008]所述的感应线圈2-1固定安装在下夹具6上。
[0009]所述的感应线圈2-1的高度可调节。
[0010]所述的上压头3、下压头8、激光器(10、11)和感应线圈2-1均设置在真空室9内。
[0011]所述的第一激光器10设置在第二待焊工件7的斜上方，所述的第二激光器11设置在第一待焊工件5的斜下方。
[0012]所述的激光器(10、11)上连接有激光发生器I，所述的感应线圈2-1上连接有高频感应电源2。
[0013]所述的上压头3与下压头8同轴设置。
[0014]所述的激光器(1、11)与各自待加热的待焊工件(7、5)交错布置。
[0015]所述的第一激光器10与第二激光器11分别位于第一待焊工件5与第二待焊工件7的两侧。
[0016]所述的激光发生器I与高频感应电源2设置在真空室9的外部。
[0017]本实用新型的有益效果是:通过设置激光器，用激光快速加热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层超细晶粒，获得高延展性，使其在连接接触阶段迅速发生塑性变形，大大加速了紧密接触阶段;超细晶粒加大了界面的元素活性和扩散能力，显著加速了孔洞和界面的消失过程，从而在较低的温度和较短的时间内实现待焊金属(如钛及钛合金)的高质量扩散；用激光加热待焊表面后，通过上下压头的作用使待焊工件待焊表面紧密接触并施加适当的压力，再通过设置的感应线圈对待焊表面区域加热来进行扩散连接。
[0018]本实用新型对现有扩散焊设备的要求较低，其各配件的制造工艺以及所涉及的相关技术比较成熟，因此成本低、适应性强，可广泛应用于钛及钛合金的扩散连接。
【【附图说明】】
[0019]图1为本实用新型的结构示意图。
[0020]其中:1-激光发生器，2-高频感应电源，2-1-感应线圈，3-上压头，4-上夹具，5_第一待焊工件，6-下夹具，7-第二待焊工件，8-下压头，9-真空室，10-第一激光器，11-激光器。
【【具体实施方式】】
[0021]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0022]如图1所示，一种激光辅助真空扩散连接装置，包括激光发生器1、高频感应电源2、感应线圈2-1、上压头3、上夹具4、下夹具6、下压头8、真空室9、第一激光器10、第二激光器。上夹具4由螺栓紧固在上压头3上，第一待焊工件5与上压头3轴心线正对并装配在上夹具4上。第二待焊工件7与下压头8轴心线正对并装配在下夹具6上。由高频感应电源2控制的感应线圈2-1紧固连接在下夹具6上，感应线圈2-1设置在待焊工件(5、7)待焊表面的周向，其高度可调节;激光发生器I连接两个激光器(10、11 )，第一激光器10设置在第二待焊工件7的斜上方，所述的第二激光器11设置在第一待焊工件5的斜下方;本实用新型的上压头3、下压头8、激光器(10、11)和感应线圈2-1均设置在真空室9内。
[0023]本实用新型的工作过程如下:
[0024]待焊工件(5、7)装配好后，调节上下压头(3、8)位置，使待焊工件(5、7)的待焊表面之间具有一段距离，再使激光器(10、11)所发射的激光束正好完整覆盖下、上两块待焊工件(7、5)的待焊表面。通过真空系统对真空室9进行抽真空，待真空室9内真空度达到要求后，调整激光发生器I的参数，开启激光发生器I，使上、下两块待焊工件(5、7)的待焊表面快速加热重熔，直至加热到需要的状态，然后关闭激光器I;待关闭激光器I后，驱动上压头3使第一待焊工件5和第二待焊工件7紧密接触，调节压头的加压压力;再开启高频感应电源2使感应线圈2-1对待焊工件(5、7)的待焊表面部位进行加热，扩散连接过程中，通过高频感应电源系统对保温温度和保温时间进行控制;扩散连接结束后，自动关闭加热电源，待工件温度下降到要求温度后，卸载，然后打开真空室9取件，完成扩散连接过程。
[0025]本实用新型在扩散连接之前，两侧的激光束先对工件表面进行激光快速加热重熔，随后采用高频感应局部加热的方式进行扩散连接，激光重熔表面处理与扩散连接均在同一个真空室内完成，这样可以有效的避免材料表面处理后的二次氧化问题，实现低温高效高质量扩散连接。
【主权项】
1.一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，包括上压头(3)和下压头(8)，上压头(3)上设置有用于夹持第一待焊工件(5)的上夹具，下压头(8)上设置有用于夹持第二待焊工件(7)的下夹具(6);所述的待焊工件(5、7)的待焊表面的前方分别设置有用于给待焊表面加热的第二激光器(11)与第一激光器(10)，所述的待焊工件(5、7)的待焊表面的周向固定设置有感应线圈(2-1)，感应线圈(2-1)用于对待焊工件的待焊位置进行加热。2.根据权利要求1所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的感应线圈(2-1)固定安装在下夹具(6)上。3.根据权利要求1所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的感应线圈(2-1)的高度可调节。4.根据权利要求1所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的上压头(3)、下压头(8)、激光器(10、11)和感应线圈(2-1)均设置在真空室(9)内。5.根据权利要求1所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的第一激光器(10)设置在第二待焊工件(7)的斜上方，所述的第二激光器(11)设置在第一待焊工件(5)的斜下方。6.根据权利要求1所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的激光器(10,11)上连接有激光发生器(I)，所述的感应线圈(2-1)上连接有高频感应电源(2)。7.根据权利要求1所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的上压头(3)与下压头(8)同轴设置。8.根据权利要求1所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的激光器(10、11)与各自待加热的待焊工件(7、5)交错布置。9.根据权利要求1所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的第一激光器(10)与第二激光器(11)分别位于第一待焊工件(5)与第二待焊工件(7)的两侧。10.根据权利要求4或6所述的一种激光辅助真空扩散连接装置，其特征在于，所述的激光发生器(I)与高频感应电源(2)设置在真空室(9)的外部。
【文档编号】B23K103/14GK205414728SQ201620212771
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】曹健, 王东, 王军, 杨四海, 车德健, 暴龙
【申请人】陕西汉和机电科技股份有限公司