来源:波宾电子束技术(常州)有限公司 时间:2024-05-16 12:15:08 [举报]
铜合金的焊接一直以来都是一件非常具有挑战性的工作,采用激光光束振荡技术焊接铜合金,成功实现了铜合金板材的焊接。工艺参数经过优化后可以得到无缺陷的焊接接头。光束振荡造成的多个在熔化循环时形成复杂的熔化区的主要原因。
众所周知,铜及其合金是一种非常难以焊接的材料,其原因如下:铜及其合金的传导率比较高,造成熔化困难,因此大量的热需要用来补偿热消散和局部进行高度加热,结果形成热应力和终造成变形等缺陷。溶解的氧容易形成氧化物和气孔。对激光束的吸收率比较低,尤其是激光波长为700nm以上的时候,吸收率不到3%。
光束振荡对焊接工艺产生了积极的影响,这是因为焊接模式从匙孔效应转变为传导焊接模式。没有施加光束振荡的条件下,样品中存在大量的气孔缺陷,飞溅和空穴,导致的原因是匙孔的不稳定性。
高的旋转直径和旋转频率增加了焊道之间的搭接,导致交互作用时间变短,因此,焊道的穿透能力下降。然而,焊道表面的形态呈现出较少的缺陷,如飞溅和表面空穴。由于焊接工艺不是对称的,这是因为光束旋转的原因造成的,在高速旋转频率的作用下底部存在不饱满。在高的焊接速度下,尽管表面空穴和飞溅减少,但焊接深度显著下降。测试不同的光束运动轨迹后发现,圆形的运动轨迹是效果佳的。
在焊接的熔化化区发现非传统的显微组织特征,这些圆形的条带是由于凝固在光束振动的条件下所形成的。圆形的条带表明激光光束和材料的相互作用的边界相类似。由于光束摆动效应,在相互作用的时间间隔Δt中,激光束接触在熔化区可以接触到同熔池更多的相互作用时间。在每一旋转过程中,它就会发生部分材料熔化和产生圆形的熔化线,从而在选装中凝固形成外延生长的模式。在铜合金的增材制造过程中,会观察到相似的现象,但,实际上,此时的形成归因于Cu2O的存在。
铜及铜合金具有的导电性能和导热性能,可进行软钎焊和其他焊接,但由于铜及铜合金的高熔点和极易氧化性能,致使铜及铜合金的焊接存在以下技术难点
(1)高熔点和高导热性,使铜和铜合金焊接温度很高,采用常规焊接工艺参数时, 铜材很难熔化,不能很好地熔合;
(2)焊接接头的热裂倾向大,焊接时,熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物, 使铜及铜合金具有明显的热脆性,产生热裂纹;
(3)铜及铜合金焊接易产生气孔的缺陷,且比碳钢严重得多,主要是氢气孔;
(4)焊接接头性能的变化,晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。
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