(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.04.30
C N 103753021
A (21)申请号 201410022690.0
(22)申请日 2014.01.17
B23K 26/21(2014.01)
(71)申请人中国科学院半导体研究所
地址100083 北京市海淀区清华东路甲35
号
(72)发明人赵树森 林学春 周春阳 高文焱
王奕博 刘发兰
(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任
公司 11021
代理人
任岩
(54)发明名称
(57)摘要
一种紫铜与黄铜的激光焊接方法，包括如下
步骤：步骤1：对待焊接的紫铜与黄铜进行清洗；
步骤2：将待焊接的黄铜的焊接部位加工一焊口；
步骤3：将待焊接的黄铜与紫铜在焊口处对接固
定；步骤4：在黄铜的焊口处通过激光熔覆方法涂
铜黄铜与实施激光焊接；步骤6：自然冷却，完成
制备。本发明具有黄铜与紫铜连接效率高、连接质
量好的优点。
(51)Int.Cl.
权利要求书1页 说明书3页 附图2页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图2页(10)申请公布号CN 103753021 A
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1.一种紫铜与黄铜的激光焊接方法，包括如下步骤：
步骤1：对待焊接的紫铜与黄铜进行清洗；
步骤2：将待焊接的黄铜的焊接部位加工一焊口；
步骤3：将待焊接的黄铜与紫铜在焊口处对接固定；
步骤4：在黄铜的焊口处通过激光熔覆方法涂敷一层中间材料；
步骤5：在中间材料的部位将紫铜黄铜与实施激光焊接；
步骤6：自然冷却，完成制备。
2.根据权利要求1所述的紫铜与黄铜的激光焊接方法，其中该激光为连续激光或脉冲激光。
3.根据权利要求1所述的紫铜与黄铜的激光焊接方法，其中所述中间材料为Cr ：7-15％，B ：1.5-3.5％，Si ：2-4％和Fe ：5-10％，余量为Ni 。
4.根据权利要求1所属的紫铜与黄铜的激光焊接方法，其中激光熔覆与激光焊接时，激光束与紫铜的焊接面为20-30度夹角。权 利 要 求 书CN 103753021 A
紫铜与黄铜的激光焊接方法
技术领域
[0001] 本发明属于焊接领域，特别涉及一种紫铜与黄铜的激光焊接方法。
技术背景
[0002] 黄铜与紫铜都是良好的散热材料，通常用来制造具有散热需要的零部件。相对黄铜，紫铜散热性能更好，且成本较高。黄铜支架一紫铜管结构是某种型号车辆中的关键部件，一方面兼顾了黄铜易于加工和优良的机械性能，一方面又兼顾了紫铜良好的塑性和导热性。
[0003] 现有技术中，针对黄铜与紫铜材料的连接工艺主要包括火焰钎焊和感应钎焊接，但传统钎焊方法加工效率低，接头强度低，钎焊后对钎溶剂要进行严格清洗等缺陷，工程应用上存在许多局限性。
文献(董鹏，皮友东，肖荣诗.黄铜2紫铜异种材料激光焊接试验研究.电加工与模具，2008(1)：43-46)公开报道了采用激光搭接焊方法实现了黄铜与紫铜的有效连接，焊接效率高，焊缝质量良好，但该方法需要将焊接母材以搭接的形式装配起来实施焊接，不适用于黄铜支架与紫铜管的焊接。
发明内容
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种紫铜与黄铜的激光焊接方法，具有黄铜与紫铜连接效率高、连接质量好的优点。
[0005] 本发明提供一种紫铜与黄铜的激光焊接方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1：对待焊接的紫铜与黄铜进行清洗；
[0007] 步骤2：将待焊接的黄铜的焊接部位加工一焊口；
[0008] 步骤3：将待焊接的黄铜与紫铜在焊口处对接固定；
[0009] 步骤4：在黄铜的焊口处通过激光熔覆方法涂敷一层中间材料；
[0010] 步骤5：在中间材料的部位将紫铜黄铜与实施激光焊接；
[0011] 步骤6：自然冷却，完成制备。
[0012] 本发明具有黄铜与紫铜连接效率高、连接质量好的优点。
附图说明
[0013] 为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
[0014] 图1为本发明的方法流程图；
[0015] 图2为本发明黄铜与紫铜的及中间材料的焊接示意图。
具体实施方式
[0016] 请参阅图1及图2所示，本发明提供紫铜与黄铜的激光焊接方法，包括如下步骤：[0017] 步骤1：对紫铜与黄铜进行清洗。
[0018] 焊接材料紫铜与黄铜的表面在焊接前必须清理干净，尤其是表面的油污。焊接材料表面的油污在焊接过程容易在焊缝中形成气孔，降低焊接质量。 [0019] 步骤2：将待焊接的黄铜的焊接部位加工一焊口。
[0020] 黄铜是铜锌二元合金，锌元素沸点较低，仅为1180K，激光焊接过程温度较高时，引起黄铜出现脱锌现象，降低焊缝表面质量。因此，需要避免高功率密度的激光束直接辐照在黄铜材料上。本发明提供的紫铜与黄铜的激光焊接方法，需要在黄铜焊接端面上用激光熔覆工艺涂敷一层中间材料，因此，需要在黄铜焊接部位加工一焊口。
[0021] 步骤3：将待焊接的黄铜与紫铜在焊口处对接固定。
[0022] 本发明提供的紫铜与黄铜的激光焊接方法，不受焊接材料具体几何形状的限制，但是需要将紫铜与黄铜焊接材料在焊口处对接，并固定好。保证在激光焊接过程中不发生位移，影响焊接质量。
[0023] 步骤4：在黄铜的焊口处通过激光熔覆方法涂敷一层中间材料；其中所述中间材料为Cr：715％，B：1.53.5％，Si：24％和Fe：510％，余量为Ni。
激光熔覆工艺[0024] 由Cu-Ni二元相图可知，Cu与Ni在固态与液态均无限互溶，具有良好的焊接冶金性，为提高中间材料与黄铜材料的连接质量，选用Ni基合金材料作为中间材料，在Ni基合金材料中补充了Si、B等元素，在激光熔覆过程可以起到脱氧的作用，提高中间材料的表面质量。激光熔覆工艺使用的激光功率密度远低于激光焊接所用的激光功率密度，可以抑制黄铜脱锌现象，保证黄铜材料的焊接质量。中间材料的添加既可以填补黄铜在激光熔覆过程中Zn元素蒸发造成的凹陷，又可以为与紫铜或其他金属焊接提供良好冶金结合的前提。[0025] 步骤5：在中间材料的部位将紫铜黄铜与实施激光焊接。
[0026] 紫铜是纯铜金属，在大气环境中附有一层紫的氧化膜，俗称紫铜。紫铜由于其极高的反射率与导热性能，热量难于集中，可焊性差，而激光作为能量高度集中的焊接热源较常规焊接热源适合紫铜的焊接工艺。采用激光焊接方法，由于激光的能量集中，可以在紫铜材料表面形成熔池，从而实现紫铜的激光焊接。在中间材料与紫铜材料激光焊接过程中，由于紫铜的导热能力远远高于中间材料和黄铜材料，因此激光光束偏向紫铜材料侧。[0027] 焊接过程金属汽化，部分金属蒸汽被电离成等离子体，等离子体对激光有吸收和散射作用。为了抑制激光焊接过程等离子体对激光的屏蔽作用，通过侧吹保护气体吹散焊缝证明的等离子体，选择合适的侧吹保护其流量与侧吹角度，既可以吹散焊接过程中产生的等离子体，又可以防止焊接过程的材料氧化。本发明中焊接保护气体可选用氮气、氩气、氦气，或氩气与氦气的混合气体，或者其他惰性气体。
[0028] 本发明提供的紫铜与黄铜的激光焊接方法，所属激光为连续激光或脉冲激光。其中激光熔覆与激光焊接时，激光束与紫铜的焊接面为20-30度夹角。
[0029] 步骤6：自然冷却，完成制备。
[0030] 实施例
[0031] 本实施例的实施过程如图2所示。
[0032] (1)用酒精对黄铜1与紫铜3表面进行清洗；
[0033] (2)将待焊接的黄铜1的焊接部位加工一焊口，焊口角度为45°；
[0034] (3)将待焊接的黄铜1与紫铜3在焊口处对接固定；
[0035] (4)在黄铜1的焊口处通过激光熔覆方法涂敷一层中间材料2；
[0036] 激光熔覆工艺参数的选择如下：
[0037] 激光功率密度1.4×104W／cm2，扫描速度为5mm／s。中间材料采用同步侧向送粉的方式，粉末材料为Ni基合金粉末。激光束与紫铜焊接面呈20°夹角，以便于激光熔覆获得高质量的涂层。
[0038] (5)在中间材料的部位将紫铜黄铜与实施激光焊接；
[0039] 激光焊接工艺参数的选择如下：
[0040] 功率密度为5.7×105W／cm2。激光扫描速度10mm／s。激光束与紫铜焊接面夹角20°。在激光焊接过程，侧吹保护气氮气，保护气通过喷嘴4吹出。
[0041] (6)自然冷却，完成制备。
[0042] 经以上方法进行焊接的黄铜与紫铜之间的连接深度及强度可靠，克服了传统方法效率低、焊缝
质量差等问题。同时由于激光焊接过程能量密度高，热输入及热影响区小，焊接热变形较小，满足使用要求。
[0043] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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