一：金屬材料的激光焊接
鋁合金的激光焊接
鋁及其鋁合至激光焊接的主要困難是它對(duì)10. 8pon波長(zhǎng)的Co2激光束的反射率高。鋁是熱和電的良導(dǎo)體，高密度的自由電子使它成為光的良好反射體，起始表面反射率超過90%，也就是說，深熔焊必須在小千10%的輸人能量開始，這就要求很高的輸入功率以保證焊接開始時(shí)必需的功率密度，而一且小孔生成。它對(duì)光束的吸收率迅速提高，甚至可達(dá)到90%。從而使焊接過程順利進(jìn)行。鋁及其合金焊接時(shí)。隨著溫度的升高，氫在鋁中的溶解度急劇增大，溶解千其中的氫成為焊縫的缺陷源。焊縫中多存在氣孔，深熔焊時(shí)根部可能出現(xiàn)空洞，焊道成形較差。
最近，汽車用銘合金的激光焊接受到關(guān)注，進(jìn)行了許多探討，已對(duì)鋁合金車A兇州子了YAG激光焊。通常采用高Si的Al焊絲進(jìn)行YAG激光焊接。利用3kW光纖傳送YAG激光對(duì)6 X X X系列的合金進(jìn)行焊接，尤其探討了激光束的匹配問題，以及間隙許允度及重力的影響，向上、向下及橫向焊接都可以。其他，還進(jìn)行了各種臺(tái)金YAG激光的對(duì)接、搭接及I形接頭焊接試驗(yàn)，比較了其焊接性及各種保護(hù)氣體下接頭的杭拉強(qiáng)度，進(jìn)行了鑄造材和擠出材的YAG激光焊接，探討了氣孔生成及各種焊接條件的影響。
鎂合金的激光焊接
Mg合金密度比Al小36%，作為高比強(qiáng)材料受到關(guān)注。因此進(jìn)行了脈沖YAG激光和連續(xù)C02激光焊接試驗(yàn)，對(duì)于板厚1.8MM的AZ31B-H244合金(3.27%Al, 0.79%Zn)各種缺陷較少的最佳焊接條件為平均功率0.8kW, 5ms, 120Hz, 300mm/s,焦點(diǎn)尺寸0. 42mm，連續(xù)C02激光焊接獲得了良好的熔透焊縫。還測(cè)定了YAG激光焊接區(qū)的硬度分布，發(fā)現(xiàn)HAZ組織窄，幾乎沒有軟化。
鋼的激光焊接
（1）低合金高強(qiáng)度鋼
低合金高強(qiáng)度鋼的激光焊接，只要所選擇的焊接參數(shù)適當(dāng)，就可以得到與母材力學(xué)性能相當(dāng)?shù)慕宇^。HY-130鋼是一種典型的低合金高強(qiáng)
度鋼‘經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，它具有很高的強(qiáng)度和較高的抗裂性。用常規(guī)焊接方法焊，其焊縫和HAZ組織是粗晶、部分細(xì)晶及原始組織的棍合體，接頭的韌性和擾裂性與母材相比要差得多，而且焊態(tài)下焊縫和HAZ金屬組織對(duì)冷裂紋特別敏感。激光焊焊接接頭不僅具有高的強(qiáng)度，而且其有良好的韌性和良好的抗裂性。其有以下原因。
①激光焊焊縫細(xì)、HAZ姐織窄。在沖擊試驗(yàn)時(shí)，裂故并不沿焊縫砌I AZ姐織擴(kuò)展，常常是擴(kuò)展進(jìn)母材。沖擊斷口的掃描電鏡觀察充分說明了這一點(diǎn)，斷口上大部分區(qū)域是未受熱影響的母材，因此整個(gè)接頭的抗裂性，實(shí)際上很大一部分是由母材所提供的。
②從接頭的硬度和顯微硬度的分布來看，激光焊其有較高的硬度和較陡的硬度梯度，這表明可能有較大的應(yīng)力集中出現(xiàn)。但是，在硬度較高的區(qū)域。正對(duì)應(yīng)于細(xì)小的組織。高的硬度和細(xì)小的組織的共生效應(yīng)使得接頭既有高的強(qiáng)度，又有足夠的韌性。
③激光焊焊縫HAZ組織主要為馬氏體，這是由干它的焊接速度高、熱輸入小所造成的。HY-130鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很小(約0.1%)。焊接過程中由于冷卻速度快，形成低碳馬氏體，這種組織的練合性能優(yōu)于捍條電弧焊和熔化極氣體保護(hù)焊中產(chǎn)生的針狀鐵素體和馬氏體的混合物。再加上晶粒細(xì)小得多，接頭性能無疑是優(yōu)良的。
④HY-130激光焊時(shí)，焊桔中的有害元素大大減少，產(chǎn)生了凈化效應(yīng)，提高了接頭的韌性。
(2)不銹鋼
奧氏體不銹鋼由于具有良好的抗腐蝕性，以及高溫和低溫韌性而獲得廣泛的應(yīng)用。這類不銹鋼的特點(diǎn)是合金元素含量高，熱導(dǎo)性僅為低碳鋼的1/3,線膨脹系數(shù)大，為低碳鋼的1. 5倍。
對(duì)Ni-Cr系不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，材料具有很高的能量吸收率和熔化效率。用激光焊焊接時(shí)，由子焊接速度快，減輕了不銹鋼焊接時(shí)的過熱現(xiàn)象和線膨脹系數(shù)大的不良影響，焊縫無氣孔、夾雜等缺陷，接頭強(qiáng)度和母材相當(dāng)。用小功率激光焊焊接薄板，可以獲得外觀上成形良好、焊縫平滑美觀的接頭。
不銹鋼的激光焊，可用于核電站中不銹鋼、核燃料包等的焊接，也可以用于化工等其他行業(yè)。
(3)碳素鋼
由于激光焊時(shí)的加熱速度和冷卻速度非常快，所以在焊接碳素鋼時(shí)。隨著含碳量的增加，焊接裂紋和缺口敏感性也會(huì)增加。
硅鋼
硅鋼片是一種應(yīng)用廣泛的電磁材料，在軋制過程中為了保證生產(chǎn)線運(yùn)行的連續(xù)性，需要對(duì)硅鋼薄片進(jìn)行焊接，但硅鋼中Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高(約3%李，Si對(duì)二Fe其有強(qiáng)烈的固深強(qiáng)化作用，使硅鋼的硬度、強(qiáng)度增加，塑性、韌性急劇下降，而且冷軋?jiān)斐傻募庸び不?，使?qiáng)度、硬度進(jìn)一步增加。硅鋼的熱導(dǎo)率僅為純鐵的50%,熱敏性大，易發(fā)生過熱使晶粒長(zhǎng)大，而且晶粒一旦長(zhǎng)大，就很難通過熱處理使之細(xì)化。目前，工業(yè)中采用TIG焊，存在的主要問題是接頭脆化，焊態(tài)下接頭的反復(fù)彎曲次數(shù)低或者不能彎曲，因而不得不在焊后增加一道火焰退火工序。這樣既增加了工藝流程復(fù)雜性，也降低了生產(chǎn)效率。
銅及銅合金的焊接
銅及銅合金兵有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，冷、熱加工性良好，其有高的擾氧化性和較高的強(qiáng)度。在電氣、電子、動(dòng)力、化工等工業(yè)部門中應(yīng)用較廣。
(1)銅及銅合金的分類
銅及銅合金可分為紫銅、黃銅、青銅及白銅等。紫銅為銅含量不小于99.5%的工業(yè)純銅;普通黃銅是銅和鋅的二元合金，表面呈淡黃色;凡不以鋅、鎳為主要組成而以錫、鋁、硅等元素為主要組成的銅合金，稱為青銅;白銅為含鎳量50%的銅鎳合金。
(2)銅及銅合金的焊接性
焊接銅和銅合金易產(chǎn)生未熔合與未焊透。故應(yīng)采用能量集中、大功率的熱源并配合預(yù)熱措施;在工件厚度較薄或結(jié)構(gòu)剛度較小。又無防止變形措施時(shí)，焊后很容易產(chǎn)生較大的變形，而當(dāng)焊接接頭受到較大的剛性約束時(shí)，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力;焊接銅及銅合金時(shí)還易產(chǎn)生熱裂紋:
氣孔是銅及銅合金焊接時(shí)的常見缺陷，紫銅焊縫中的氣孔主要是氫氣孔。總的來講銅及其合金焊接具有如下特點(diǎn)。
①銅的導(dǎo)熱性和熱容量大，焊接輸入熱量宜大，必要時(shí)作適當(dāng)預(yù)熱。
②銅及銅合金的線膨脹系數(shù)大，凝固時(shí)收縮率也較大，因此，焊接變形大，焊件剛度大時(shí)易產(chǎn)生裂紋。應(yīng)采用窄焊道，焊后立即輕輕敲擊可細(xì)化晶粒，減小殘余應(yīng)力及變形。一些銅合金如黃銅，焊后有時(shí)需經(jīng)270^-560℃退火處理，以消除應(yīng)力，防止“自裂”現(xiàn)象。
③銅在液態(tài)時(shí)易氧化，生成的氧化亞銅(Cu20)和銅形成低熔點(diǎn)共晶體，分布在晶界，已引起裂紋。用于焊接的紫銅含氧量，一般應(yīng)<0.03%,重要件應(yīng)<0.01%.
④銅在液戊時(shí)能溶解大量的氫，在凝固冷卻過程中，溶解度大大減小。氫還能和氧化亞銅反應(yīng)，生成水蒸氣，因而引起氣孔。
由于銅的熱導(dǎo)率高(超過鐵的熱導(dǎo)率3倍以上)，線膨脹系數(shù)大(比鋼的線膨脹系數(shù)大30%)，凝固收縮率值大(比鋼大1倍)，液態(tài)時(shí)對(duì)氧的活性高。氫在其中的溶解度大等原因。銅的焊接是相當(dāng)困難的。銅的性質(zhì)決定了它在焊接過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的應(yīng)力和變形、焊縫形成氣孔和裂紋的傾向高。由于其導(dǎo)熱率高，所以銅焊接時(shí)必須要用集中的強(qiáng)熱源(如激光、電子束、離子束等)。此外，同在高溫時(shí)的塑性低和熱導(dǎo)率高要求采用預(yù)熱。銅的焊縫具有顯著的多孔的特點(diǎn)，這是由于在金屬冷卻和結(jié)晶過程中有氣體從其中析出而造成的，銅的熔點(diǎn)比較低
而熱導(dǎo)率高，大大地加速了焊接時(shí)冷卻和結(jié)晶過程，這妨礙了在常規(guī)下的電弧焊?；≈芯砣氲幕蛉芙獾臍怏w從焊縫金屬或近縫區(qū)析出。殘留在金屬中的氣體可能在金屬中造成氣體的過飽和熔液或造成氣孔。過飽和熔液的形成會(huì)導(dǎo)致裂紋。因?yàn)殂~在高溫下的塑性低。氣體從過飽和熔液吸出時(shí)的壓力可能使銅產(chǎn)生破壞。合金元素對(duì)氣體在液態(tài)銅中的溶解度有影響。研究表明，A1, S1, Zn可以減少黃銅焊縫中的多孔性，而Ma反而增加多孔性。前蘇聯(lián)的科學(xué)家研究表明Zr, Ti, Be, Cr也能降低銅焊縫中的多孔性。電阻焊時(shí)由于黃銅的電阻率低、熱導(dǎo)率高，因而很難形成穩(wěn)定的焊接熔池而實(shí)現(xiàn)理想焊縫，甚至無法焊接，激光焊時(shí)由于銅及銅合金對(duì)激光具有其強(qiáng)烈的反射作用，一般情況下也較難實(shí)現(xiàn)連續(xù)深熔焊。
耐熱合金的激光焊接
許多鎳基和鐵基耐熱合金都可以進(jìn)行脈沖和連續(xù)激光焊接，且都可以獲得好的激光焊縫。通過對(duì)鐵基合金M-152和航空發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的三種鎳基耐熱合金(FK33. C263. N75)的激光焊接表明，接頭力學(xué)性能與母材幾乎相當(dāng)。
Dop-14合金和Gop-26合金是兩種宇航用銥基耐熱合金，它們具有很高的熔點(diǎn)，具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和抗氧化性，用激光對(duì)其進(jìn)行焊接時(shí)，縫晶粒很細(xì)，可以消除金屬針在晶界偏析所產(chǎn)生的熱裂現(xiàn)象，獲得無裂紋的焊縫，而用常規(guī)的鎢極氫弧焊則是難以辦到的。異種金屬的激光焊接異種金屬的激光焊接是指兩種不同金屬的激光熔焊。異種金屬是否可焊及接頭的強(qiáng)度，取決于兩種金屬的物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等。若兩種材料的熔、沸點(diǎn)接近，能形成較為牢固連接激光焊接的參數(shù)范圍較大，熔區(qū)可以形成良好的合金結(jié)構(gòu)，激光焊接的參數(shù)范圍較大。
激光焊接可以在許多類異種金屬之間進(jìn)行，研究表明，銅一鎳、鎳一欽、欽一鑰、低碳鋼一銅等異種金屬在一定條件下均可以進(jìn)行激光焊接。

標(biāo)簽：焊接激光哪些