本发明属于金属材料焊接领域，涉及一种难熔金属的焊接方法，尤其涉及一种钼铼合金薄材的激光搭接连接方法。
背景技术：
钼铼合金由于其具有优异的高温抗蠕变性能、低温韧性以及抗磨损、抗腐蚀性能，在化学工业、冶金、电子、航空航天、核工业及国防军事领域得到了广泛的应用，例如极端严酷条件下使用的电子元器件、雷达天线部件、真空熔炼部件、热电偶及空间核反应堆的热离子交换器部件等。目前钼铼合金中尤以Mo50-Re50合金的综合性能更加，其室温抗拉强度高于1000MPa，往往制备成箔材或丝材进行使用。而在使用的过程中，依据现有材料成形技术，钼铼合金的焊接研究必不可少，但钼铼合金具有的高熔点(2500℃左右)特性严重影响其形成优良的焊接接头，进而阻碍其应用范围。
目前钼铼合金焊接技术的研究还比较少，主要采用焊接方法包括电子束焊、激光焊、电阻点焊、钎焊及摩擦焊等。其中涉及到钼铼合金箔材(厚度小于0.2mm)的焊接仅有钎焊及电阻电焊两种工艺，钼铼合金箔材在高能量焊接方法中极易产生被烧穿的现象，进而无法实现有效的连接。同时由于电阻点焊、激光焊、电子束焊等焊接过程中，会造成钼铼合金吸C、O、N形成成分偏析、热应力及导致裂纹存在，有时会形成气孔，均会降低接头的力学性能。
对于钼铼合金焊接来说，相比于钎焊工艺，高能量焊接方法仍然是获得高力学性能接头的较为合适的方法。而对于钼铼合金箔材(厚度小于0.2mm)，在保证箔材不烧穿前提下，实现箔材的有效连接，并能够有效避免裂纹、气孔等的产生至关重要。有关钼铼箔材的焊接仅有电阻点焊工艺方面的研究，目前尚未看到钼铼合金箔材的激光焊或电子束焊方面的研究或报道。
技术实现要素：
本发明是为了弥补难熔金属钼铼合金箔材焊接方面现有技术的不足，提供了一种采用快速、低能量激光搭接的连接工艺方法，实现钼铼合金箔材的有效连接，获得优良的钼铼合金的搭接接头。
本发明提出一种钼铼合金箔材的激光搭接的连接方法，包括以下步骤来实现：
(1)钼铼合金箔材表面焊前清理；
(2)钼铼合金箔材搭接固定及装配；
(3)焊前通惰性气体对搭接连接区进行气体保护；
(4)采用YAG(Nb3+)通用激光器进行焊接，焊接工艺参数为：激光能量15％～19％，焊接速度20-25mm/min，脉冲频率50Hz，进行单面焊；焊接过程中保持激光束稳定工作，在整个过程中惰性气体保护应保持同步充气进行，气体流量控制在15～25L/min；采用导热率较低的奥氏体不锈钢板作为衬垫；
(5)焊接完成后被焊工件放置在400℃的箱式烘干炉中，随炉冷却，待冷却至室温后取出工件。
步骤(1)中，焊前清理指清除钼铼合金表面的油污和氧化膜，使其表面尽可能光洁和无任何杂质，并且清洁干燥，重点清理搭接结合区附近。钼铼合金表面的清理方法是：用1200#砂纸将钼铼合金箔材有效搭接区表面打磨干净，未搭接区采用1000#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在40℃温度下进行超声波清洗25min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
步骤(2)中，钼铼合金箔材搭接固定及装配均采用现有技术，即在钼铼合金箔材有效搭接区涂覆普通金属粘结胶水，然后采用微型固定夹具将搭接接头两端进行有效固定。
所述步骤(3)中，通惰性气体Ar气进行保护，是将流量为15～25L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下45°吹气保护，防止空气中C、N、O等对钼铼合金箔材在激光搭接焊接过程中的侵入，进而导致偏析、脆化及引起气孔等有害作用。焊接时环境温度保持在25～30℃。
所述步骤(4)中，采用峰值功率500W的YAG激光器，焊接时激光能量即代表功率的百分比。通过调整激光器控制面板固定每次焊接的激光能量百分比。激光焊接时，最重要的参数是激光能量，目前本发明中如果要获得最佳的焊接接头，必须控制在15％～19％之内，低于该范围时，搭接的钼铼合金搭接区能量不足，未达到金属的熔点，不会形成冶金结合；高于该范围，虽然高能量促使金属熔化，但会过渡熔化，造成搭接区金属的直接熔断，也不会形成冶金结合(有效焊接)。焊接速度不应过低，过低会造成能量集中于金属搭接区时间较长，造成熔断，过快会导致搭接区获得的能量不足。被焊工件背面不采用冷却滑块或冷却水系统是为了能够为搭接焊接区提供一定的高温保持时间，避免由于导热快促使接头产生裂纹；采用奥氏体不锈钢衬垫与碳钢工作台相比能够更加有效的延缓焊接区的热量传到，促使接头焊接区的有效连接。焊接时，气体流量控制在15～25L/min，一个方面是受到常规Ar气瓶压力阀的限制，另外是该范围可以使气体既保证连续供气，又能降低留出气体压力过大可能对焊接区金属的影响。
所述步骤(5)中，焊后迅速将工件放入400℃箱式烘干炉中，一是为了能够避免焊接区周围气体C、N、O的二次侵入(保护不好情况下，焊接过程中可能少量侵入)；二是起到延缓焊接区的冷却速度，避免产生裂纹；三是为了能够促使部分的未在激光焊接过程中挥发的金属粘结胶水进一步挥发，避免污染焊缝金属。
采用本发明提出的钼铼合金箔材的激光搭接连接方法，可以实现钼铼合金箔材的有效连接，获得无气孔、无裂纹等缺陷的焊接接头，接头质量稳定。本发明提出的钼铼合金箔材的焊接方法具有工艺简单、成本较低、便于实现快速连接推广，能够满足钼铼合金箔材结构对焊接接头质量和强度的基本使要求。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例对本发明作进一步的说明
实施例1
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为8mm×40mm，厚度0.12mm，搭接区尺寸为8mm×5mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材激光搭接焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材搭接区8mm×5mm处用砂纸打磨，其他未搭接区也要进行打磨，使搭接区域表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1200#砂纸将钼铼合金箔材有效搭接区表面打磨干净，未搭接区采用1000#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在40℃温度下进行超声波清洗25min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)采用普通金属粘结胶水将钼铼合金搭接区进行固定和有效装配，待焊接。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为15～25L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下45°角度吹气保护。
(4)采用YAG(Nb3+)通用激光器进行焊接。焊接工艺参数为：激光能量15％(功率75W)，焊接速度25mm/min，脉冲频率50Hz，进行单面焊。
(5)焊接过程中保持激光束稳定工作，在整个过程中Ar气保护应保持同步充气进行，气体流量控制在15～25L/min；采用导热率较低的奥氏体不锈钢板作为衬垫。
(6)焊接后，将被焊工件放置在温度已经保持在400℃的箱式烘干炉中，关闭烘箱电源，使焊接工件随炉冷却，冷却至室温后可从烘箱中取出工件。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金(Mo50-Re50)激光搭接接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，室温拉伸强度可达574MPa，试验结果见表1。满足被连接工件的基本使用要求。
表1 钼铼合金激光搭接接头及母材抗拉强度试验结果
实施例2
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为6mm×40mm，厚度0.12mm，搭接区尺寸为6mm×5mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材激光搭接焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材搭接区6mm×5mm处用砂纸打磨，其他未搭接区也要进行打磨，使搭接区域表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1200#砂纸将钼铼合金箔材有效搭接区表面打磨干净，未搭接区采用1000#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在40℃温度下进行超声波清洗25min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)采用普通金属粘结胶水将钼铼合金搭接区进行固定和有效装配，待焊接。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为15～25L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下45°角度吹气保护。
(4)采用YAG(Nb3+)通用激光器进行焊接。焊接工艺参数为：激光能量17％(功率85W)，焊接速度25mm/min，脉冲频率50Hz，进行单面焊。
(5)焊接过程中保持激光束稳定工作，在整个过程中Ar气保护应保持同步充气进行，气体流量控制在15～25L/min；采用导热率较低的奥氏体不锈钢板作为衬垫。
(6)焊接后，将被焊工件放置在温度已经保持在400℃的箱式烘干炉中，关闭烘箱电源，使焊接工件随炉冷却，冷却至室温后可从烘箱中取出工件。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金(Mo50-Re50)激光搭接接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，室温拉伸强度可达523MPa，试验结果见表2。满足被连接工件的基本使用要求。
表2 钼铼合金激光搭接接头及母材抗拉强度试验结果
实施例3
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为6.5mm×40mm，厚度0.12mm，搭接区尺寸为6.5mm×5mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材激光搭接焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材搭接区6.5mm×5mm处用砂纸打磨，其他未搭接区也要进行打磨，使搭接区域表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1200#砂纸将钼铼合金箔材有效搭接区表面打磨干净，未搭接区采用1000#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在40℃温度下进行超声波清洗25min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)采用普通金属粘结胶水将钼铼合金搭接区进行固定和有效装配，待焊接。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为15～25L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下45°角度吹气保护。
(4)采用YAG(Nb3+)通用激光器进行焊接。焊接工艺参数为：激光能量19％(功率95W)，焊接速度25mm/min，脉冲频率50Hz，进行单面焊。
(5)焊接过程中保持激光束稳定工作，在整个过程中Ar气保护应保持同步充气进行，气体流量控制在15～25L/min；采用导热率较低的奥氏体不锈钢板作为衬垫。
(6)焊接后，将被焊工件放置在温度已经保持在400℃的箱式烘干炉中，关闭烘箱电源，使焊接工件随炉冷却，冷却至室温后可从烘箱中取出工件。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金(Mo50-Re50)激光搭接接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，室温拉伸强度可达496MPa，试验结果见表3。满足被连接工件的基本使用要求。
表3 钼铼合金激光搭接接头及母材抗拉强度试验结果
实施例4
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为8mm×40mm，厚度0.18mm，搭接区尺寸为7mm×5mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材激光搭接焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材搭接区7mm×5mm处用砂纸打磨，其他未搭接区也要进行打磨，使搭接区域表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1200#砂纸将钼铼合金箔材有效搭接区表面打磨干净，未搭接区采用1000#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在40℃温度下进行超声波清洗25min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)采用普通金属粘结胶水将钼铼合金搭接区进行固定和有效装配，待焊接。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为15～25L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下45°角度吹气保护。
(4)采用YAG(Nb3+)通用激光器进行焊接。焊接工艺参数为：激光能量16％(功率80W)，焊接速度23mm/min，脉冲频率50Hz，进行单面焊。
(5)焊接过程中保持激光束稳定工作，在整个过程中Ar气保护应保持同步充气进行，气体流量控制在15～25L/min；采用导热率较低的奥氏体不锈钢板作为衬垫。
(6)焊接后，将被焊工件放置在温度已经保持在400℃的箱式烘干炉中，关闭烘箱电源，使焊接工件随炉冷却，冷却至室温后可从烘箱中取出工件。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金(Mo50-Re50)激光搭接接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，由于板厚的增加，导致其搭接激光连接区域较窄，影响其拉伸性能，室温拉伸强度可达427MPa，试验结果见表4。基本能够满足其使用要求。
表4 钼铼合金激光搭接接头及母材抗拉强度试验结果
实施例5
本实施例是以Mo50-Re50合金箔材为被焊工件，箔材尺寸为8mm×40mm，厚度0.18mm，搭接区尺寸为7mm×5mm。
具体的Mo50-Re50合金箔材激光搭接焊接工艺步骤如下：
(1)将Mo50-Re50合金箔材搭接区7mm×5mm处用砂纸打磨，其他未搭接区也要进行打磨，使搭接区域表面漏出金属光泽，并采用超声波清洗仪对被焊工件进行清洗。具体方法为：用1200#砂纸将钼铼合金箔材有效搭接区表面打磨干净，未搭接区采用1000#砂纸进行打磨，均使其漏出金属光泽；然后将打磨处理试样放入有丙酮的玻璃容器中，在40℃温度下进行超声波清洗25min，然后同酒精进行二次清洗并吹干。
(2)采用普通金属粘结胶水将钼铼合金搭接区进行固定和有效装配，待焊接。
(3)焊前采用惰性气体Ar气通过出气喷嘴保护被焊接区，焊接时环境温度保持在25℃～30℃。将流量为15～25L/min的99.9％的Ar通过气体喷嘴同步激光器加工区斜下45°角度吹气保护。
(4)采用YAG(Nb3+)通用激光器进行焊接。焊接工艺参数为：激光能量18％(功率90W)，焊接速度20mm/min，脉冲频率50Hz，进行单面焊。
(5)焊接过程中保持激光束稳定工作，在整个过程中Ar气保护应保持同步充气进行，气体流量控制在15～25L/min；采用导热率较低的奥氏体不锈钢板作为衬垫。
(6)焊接后，将被焊工件放置在温度已经保持在400℃的箱式烘干炉中，关闭烘箱电源，使焊接工件随炉冷却，冷却至室温后可从烘箱中取出工件。
采用上述焊接工艺获得的钼铼合金(Mo50-Re50)激光搭接接头成形良好，经过焊缝外观检查和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，相比实例4提高了能量，其搭接激光连接区宽度有所增大，室温拉伸强度可达455MPa，试验结果见表5。基本能够满足其使用要求。
表5 钼铼合金激光搭接接头及母材抗拉强度试验结果
上述实施例仅用作对本发明的说明，并非对其的限制。