激光焊接機適用焊接哪幾種材料？

典型材料的激光捍接

一：材料激光焊接的焊接性

1.激光焊的焊縫形式及特點(diǎn)

    激光傳熱焊焊縫類(lèi)似千某些常規焊接方法的特點(diǎn)。對激光焊的烙池的研究發(fā)現。烙池周期性的變化，主要原因是激光與物質(zhì)作用過(guò)程中的自振蕩效應。

    熔池的周期性變化，會(huì )在焊縫中產(chǎn)生特有的現象，充滿(mǎn)金屬蒸氣的小孔，發(fā)生周期性變化，同時(shí)熔化的金屬又在它的周?chē)鷱那把叵蚝笱亓鲃?dòng)，加上金屬蒸發(fā)造成的擾動(dòng)?？赡苁拐魵饬粼诤缚p中凝固之后形成氣孔。

2.金屬的激先焊接性

    激光悍接具有一些其他焊接方式所不能比擬的性能，這就是接頭良好的抗熱裂能力和抗冷裂能力。

    ①抗熱裂能力激光焊與T工G焊相比，焊接低合金高強鋼時(shí)，熱裂紋敏感性較低。t光焊雖然有較高的焊接速度，但其熱裂紋敏感性卻低千SIG焊。這是因為激光焊焊縫祖宗品粒較細，可有效的防止熱裂紋的產(chǎn)生。如果焊接參數選擇不當，也會(huì )產(chǎn)生熱裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的同時(shí)也會(huì )促使冷裂紋形成和擴展。

    ②抗冷裂能力冷裂紋的評定指標是24h在試樣中心不產(chǎn)生裂紋所加的最大載荷所產(chǎn)生的應力，印高界應力。對千低合金高強鋼，激光焊的臨界應力大千TIG焊，這就是說(shuō)激光焊的杭冷裂紋能力大千TIG焊。焊接低碳鑰時(shí)兩種焊接方法的臨界應力幾乎相同。

    ③殘余應力及變形激光焊加熱光斑小，熱輸入小，使得焊接焊頭的殘余應力和變形比普通焊接方法小得多。激光焊雖有較陡的溫度梯度，但爆縫中最大殘余拉應力仍然要比TIG焊時(shí)略小一些，而且激光焊爆接參數的變化幾乎不影響最大殘余應力的幅值。用TIG焊焊接薄板時(shí)，常常會(huì )因為殘余應力的存在而發(fā)生波場(chǎng)良變形，但用激光焊焊接薄板時(shí)，變形大丈減小，一般不會(huì )產(chǎn)生波浪變形。激光焊殘余應力和變形小，使它成為一種精密的焊接方法。

    ④沖擊韌性經(jīng)過(guò)研究發(fā)現，撇光焊焊接接頭的沖擊吸收功大千母材取收金屬的沖擊吸收功。激光焊焊接接頭沖擊功提高的主要原因之一是焊縫金屬的凈化效應。

 

二：金屬材料的激光焊接

   鋁及其鋁合至激光焊接的主要困難是它對10. 8pon波長(cháng)的Co2激光束的反射率高。鋁是熱和電的良導體，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(guò)90%，也就是說(shuō)，深熔焊必須在小千10%的輸人能量開(kāi)始，這就要求很高的輸入功率以保證焊接開(kāi)始時(shí)必需的功率密度，而一且小孔生成。它對光束的吸收率迅速提高，甚至可達到90%。從而使焊接過(guò)程順利進(jìn)行。鋁及其合金焊接時(shí)。隨著(zhù)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)根部可能出現空洞，焊道成形較差。

    最近，汽車(chē)用銘合金的激光焊接受到關(guān)注，進(jìn)行了許多探討，已對鋁合金車(chē)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(wèn)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)行了各種臺金YAG激光的對接、搭接及I形接頭焊接試驗，比較了其焊接性及各種保護氣體下接頭的杭拉強度，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。

    Mg合金密度比Al小36%，作為高比強材料受到關(guān)注。因此進(jìn)行了脈沖YAG激光和連續C02激光焊接試驗，對于板厚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C02激光焊接獲得了良好的熔透焊縫。還測定了YAG激光焊接區的硬度分布，發(fā)現HAZ組織窄，幾乎沒(méi)有軟化。

（1）低合金高強度鋼

    低合金高強度鋼的激光焊接，只要所選擇的焊接參數適當，就可以得到與母材力學(xué)性能相當的接頭。HY-130鋼是一種典型的低合金高強

度鋼‘經(jīng)過(guò)調質(zhì)處理，它具有很高的強度和較高的抗裂性。用常規焊接方法焊，其焊縫和HAZ組織是粗晶、部分細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金屬組織對冷裂紋特別敏感。激光焊焊接接頭不僅具有高的強度，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、HAZ姐織窄。在沖擊試驗時(shí)，裂故并不沿焊縫砌I AZ姐織擴展，常常是擴展進(jìn)母材。沖擊斷口的掃描電鏡觀(guān)察充分說(shuō)明了這一點(diǎn)，斷口上大部分區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(lái)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力集中出現。但是，在硬度較高的區域。正對應于細小的組織。高的硬度和細小的組織的共生效應使得接頭既有高的強度，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)量分數很小(約0.1%)。焊接過(guò)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。再加上晶粒細小得多，接頭性能無(wú)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，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用。這類(lèi)不銹鋼的特點(diǎn)是合金元素含量高，熱導性?xún)H為低碳鋼的1/3,線(xiàn)膨脹系數大，為低碳鋼的1. 5倍。

    對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(guò)熱現象和線(xiàn)膨脹系數大的不良影響，焊縫無(wú)氣孔、夾雜等缺陷，接頭強度和母材相當。用小功率激光焊焊接薄板，可以獲得外觀(guān)上成形良好、焊縫平滑美觀(guān)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?？?，所以在焊接碳素鋼時(shí)。隨著(zhù)含碳量的增加，焊接裂紋和缺口敏感性也會(huì )增加。

硅鋼

    硅鋼片是一種應用廣泛的電磁材料，在軋制過(guò)程中為了保證生產(chǎn)線(xiàn)運行的連續性，需要對硅鋼薄片進(jìn)行焊接，但硅鋼中Si的質(zhì)量分數高(約3%李，Si對二Fe其有強烈的固深強化作用，使硅鋼的硬度、強度增加，塑性、韌性急劇下降，而且冷軋造成的加工硬化，使強度、硬度進(jìn)一步增加。硅鋼的熱導率僅為純鐵的50%,熱敏性大，易發(fā)生過(guò)熱使晶粒長(cháng)大，而且晶粒一旦長(cháng)大，就很難通過(guò)熱處理使之細化。目前，工業(yè)中采用TIG焊，存在的主要問(wèn)題是接頭脆化，焊態(tài)下接頭的反復彎曲次數低或者不能彎曲，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)良的導電、導熱性能，冷、熱加工性良好，其有高的擾氧化性和較高的強度。在電氣、電子、動(dòng)力、化工等工業(yè)部門(mén)中應用較廣。

   (1)銅及銅合金的分類(lèi)

    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(chēng)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。故應采用能量集中、大功率的熱源并配合預熱措施;在工件厚度較薄或結構剛度較小。又無(wú)防止變形措施時(shí)，焊后很容易產(chǎn)生較大的變形，而當焊接接頭受到較大的剛性約束時(shí)，易產(chǎn)生焊接應力;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(jiàn)缺陷，紫銅焊縫中的氣孔主要是氫氣孔?？偟膩?lái)講銅及其合金焊接具有如下特點(diǎn)。

    ①銅的導熱性和熱容量大，焊接輸入熱量宜大，必要時(shí)作適當預熱。

    ②銅及銅合金的線(xiàn)膨脹系數大，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。應采用窄焊道，焊后立即輕輕敲擊可細化晶粒，減小殘余應力及變形。一些銅合金如黃銅，焊后有時(shí)需經(jīng)270^-560℃退火處理，以消除應力，防止“自裂”現象。

    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<0.03%,重要件應<0.01%.

    ④銅在液戊時(shí)能溶解大量的氫，在凝固冷卻過(guò)程中，溶解度大大減小。氫還能和氧化亞銅反應，生成水蒸氣，因而引起氣孔。

   由于銅的熱導率高(超過(guò)鐵的熱導率3倍以上)，線(xiàn)膨脹系數大(比鋼的線(xiàn)膨脹系數大30%)，凝固收縮率值大(比鋼大1倍)，液態(tài)時(shí)對氧的活性高。氫在其中的溶解度大等原因。銅的焊接是相當困難的。銅的性質(zhì)決定了它在焊接過(guò)程中產(chǎn)生強烈的應力和變形、焊縫形成氣孔和裂紋的傾向高。由于其導熱率高，所以銅焊接時(shí)必須要用集中的強熱源(如激光、電子束、離子束等)。此外，同在高溫時(shí)的塑性低和熱導率高要求采用預熱。銅的焊縫具有顯著(zhù)的多孔的特點(diǎn)，這是由于在金屬冷卻和結晶過(guò)程中有氣體從其中析出而造成的，銅的熔點(diǎn)比較低

而熱導率高，大大地加速了焊接時(shí)冷卻和結晶過(guò)程，這妨礙了在常規下的電弧焊?；≈芯砣氲幕蛉芙獾臍怏w從焊縫金屬或近縫區析出。殘留在金屬中的氣體可能在金屬中造成氣體的過(guò)飽和熔液或造成氣孔。過(guò)飽和熔液的形成會(huì )導致裂紋。因為銅在高溫下的塑性低。氣體從過(guò)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、熱導率高，因而很難形成穩定的焊接熔池而實(shí)現理想焊縫，甚至無(wú)法焊接，激光焊時(shí)由于銅及銅合金對激光具有其強烈的反射作用，一般情況下也較難實(shí)現連續深熔焊。

   許多鎳基和鐵基耐熱合金都可以進(jìn)行脈沖和連續激光焊接，且都可以獲得好的激光焊縫。通過(guò)對鐵基合金M-152和航空發(fā)動(dòng)機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。

    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)良的高溫強度和抗氧化性，用激光對其進(jìn)行焊接時(shí)，縫晶粒很細，可以消除金屬針在晶界偏析所產(chǎn)生的熱裂現象，獲得無(wú)裂紋的焊縫，而用常規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范圍較大，熔區可以形成良好的合金結構，激光焊接的參數范圍較大。

     激光焊接可以在許多類(lèi)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。