(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211243409.7 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 崔丽　武德凡　田天　吴旭　 贺定勇　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 张立改 (51)Int.Cl. B23K 26/346(2014.01) B23K 26/342(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B23K 26/14(2014.01) (54)发明名称 一种超声辅助激光焊接增材制造钛合金的 方法 (57)摘要 一种超声辅助激光焊接增材制造钛合金的 方法， 属于新材料激光焊接领域。 钛合金增材制 造(AM)件的焊接具有重要的工程应用前景， 但传 统熔化焊接钛合金AM件时会出现接头塑性大幅 度降低的问题。 本发明基于引入外部物理场辅助 焊接的研究， 提出一种钛合金A M件超声辅助激光 焊接新方法， 将超声场引入激光焊接钛合金A M件 过程中。 借助超声对金属熔体的空化效应及机械 效应等， 减少气孔形成， 降低焊缝气孔率； 同时破 碎焊缝中形成的粗大的β柱状晶， 抑制硬脆α' 针状马氏体长 大， 细化晶粒， 从而改善接头塑性， 获得良好综合力学性能。 采用本方法进行焊接， 可大大提高材料的利用率， 降低焊接成本。 该方 法不需要另外加工坡口即可直接焊接， 焊接效率 更高。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115383311 A 2022.11.25 CN 115383311 A 1.一种钛 合金增材制造(AM)件的超声辅助激光焊接方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 一、 在焊接前将焊件的工件表面及对接面进行机械打磨， 之后进行化学清洗并使用丙 酮进行清洗； 二、 将清洗后的工件对接固定在焊接工装夹具上， 超声发生装置端头距离待焊工件表 面5～15cm； 将激光头调整与竖直方向夹角至8 °～11°， 激光束照射在母材对接缝处； 三、 激光离焦 量为‑3～+3mm， 激光功率为1000～3000W， 焊接速度为20～60mm/s， 超声振 动频率为10kHz～80kHz， 振幅为5 μm～28 μm； 保护气采用Ar气或其他混合气体， 正反双面保 护， 流量为10～40L/mi n； 四、 实际焊接中采用计算机设定焊接参数， 首先施加超声振动， 而后激光器发出激光， 最后控制机器人运动完成超声辅助激光焊接过程。 2.根据权利要求1所述的一种钛合金AM件超声辅助激光焊接方法， 其特征在于， 所述的 钛合金选自TA 2、 TA15和TC4 等。 3.根据权利要求1所述的一种超声辅助激光焊接钛合金AM件的焊接方法， 其特征在于 步骤二所述地超声施加装置可以放置在母材上部， 也可以放置在母材下部， 只需保证端头 距母材距离合 适， 超声波可以作用于母材即可。 4.根据权利要求1所述的一种超声辅助激光焊接方法， 其特征在于激光器为CO2气体激 光器、 YAG固体激光器、 半导体激光器或光纤激光器。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115383311 A 2一种超声辅助激光焊接增材制造钛合金的方 法 技术领域 [0001]本发明属于新材料激光焊接领域， 具体地说， 本发明涉及一种增材制造钛合金的 超声辅助激光焊接方法。 背景技术 [0002]钛合金作为一种轻金属合金材料， 具有高韧性、 高比强度、 高比模量、 耐蚀性、 生物 相容性以及易加工等优良的综合性能， 在现代制造中越来越多地取代了钢或铝等传统材 料， 广泛应用在航空航 天及其发动机结构、 生物医药等多个领域中。 随着飞机轻量化需求的 不断增长， 航空发动机零件的形状和结构越来越复杂， 对钛合金结构轻量化及性能提出了 更高要求， 传统的制造技术已经难以满足对钛合金精密复杂零件的需求。 增材制造 (Additive  Manufacturing， AM)相对于传统制造技术具有显著的优势， AM技术的出现解决 了钛合金精密构件制 造的难题， 钛合金AM成形材料用量和所占比例不断增大， 已经成为国 内外航空钛 合金先进制造领域的研究热点。 [0003]AM技术是一项集合数字化信息、 自动控制技术、 光电技术和材料等多领域于一体 的先进制 造技术， 与传统的减材制造技术相比， 其将复杂材料分层制 造， 逐层累加， 使材料 从数字模型直接形成具有内在工程特征或具有复杂几何形状的构件。 其中， 金属增材制 造 技术按热源分类可以分为激光束、 电子束和电弧， 按原材料物理状态可以分为粉末和丝状。 金属增材制造中主要技术分别为激光选区熔化(Selective  Laser Melting， SLM)技术、 电 子束熔融成形(Electron  Beam Melting， EBM)技术、 激光近 净成形(Laser  Engineered  Net  Shaping， LENS)技术和电弧增材制造(Wire  Arc Additive  Manufacturing， WAAM)技术， 其 中， SLM技术是最常用的金属增材制造工艺。 SLM技术具有成形精度高、 表 面质量好及可制造 形状复杂零件等优势， 可有效减少传统制造工艺中焊缝和零部件数量， 从而实现高可靠性、 集约化和轻量 化制造， 尤其 适合复杂结构零件的精密快速制造 。 [0004]然而， 受到粉床AM成形腔尺寸的限制， 或者复杂结构件的多功能需求， 或者基于AM 直接成形大尺 寸结构件的成本考虑， 大尺寸复杂结构AM成形材料往往难以直接实现， 为此， 很多情况下都要 涉及到将单独的AM成形材料， 或者将AM成形材料与其他传统材料的连接问 题， 焊接作为一种优质 、 高效的连接手段是解决此问题的首选。 同时， 这些AM成形材料在后 续加工和使用过程中， 可能会出现零件损伤失效的情况， 如 整体报废或更换， 会造成极大的 材料资源浪费， 提高生产成本。 因此， 往往采用焊接技术进 行有效修复， 恢复其使用性能， 延 长使用寿命。 [0005]目前， 国内外钛合金AM成形材料的焊接研究尚处于起步阶段， 对AM成形材料的焊 接方面的研究报道有限， 对钛合金SLM件的焊接研究主要集中在激光焊接及电子束焊接方 面。 采用上述高能束焊接方法焊接时， 焊缝中会出现粗大的β 柱状晶及因快冷形成的大量硬 脆的α'针状马氏体组织， 这使 得焊缝处的显微硬度明显增大， 接头断后 延伸率大幅降低， 塑 性极差， 严重影响了实际工程应用。 因此， 亟需探索一种新型的焊接方法在保证接头强度的 情况下， 在一定程度上提高接 头延伸率， 以便 于推动钛 合金SLM件的实际工程应用。说　明　书 1/5 页 3 CN 115383311 A 3