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为了克服焊接性的问题,采用不同的策略产生连续的穿透型的对接焊缝且可以控制焊接缺陷,显微组织和残余应力与变形。在所有的策略钟,在连续激光焊接的过程钟,采用光束振荡,或者说叫摇摆,目前还没有应用到铜的激光焊接上,但铝合金和钛合金等材料中的激光光束振荡焊接已经有应用,以上材料比铜合金的焊接相对要容易一些。
光束摇摆(振荡)扩大了激光束与材料之间相互作用的面积和焊接宽度,降低了焊接过程中所需要的热输入。在高反射材料中,如铜合金,采用光束振荡,材料的局部温度会升高和提高对激光的吸收率。能量的效率会增加,因为在焊接过程中的反射变少。另外一个主要的优势在于适宜的光束振荡激光头在使用时,可以控制热温度梯度和匙孔的稳定性,这将导致焊接缺陷的减少和获得光滑的焊缝表面。
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。
青铜是Cu与Sn、Al、Si等元素的合金。按成分可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜等。青铜具有较高的耐磨性、力学性能和耐蚀性,弹性和焊接性能都很好,且线收缩系数小。青铜广泛用于铸件和加工制品。
铜合金的焊接,主要的问题是裂纹。与铜一样,由于杂质在晶界析出,铜合金也十分容易形成裂纹。在铝青铜中,由于含Al量比较低,所以形成了T单相的焊缝组织,裂纹敏感性比较高,特别是多层焊时,层易出现裂纹。如果提高Al的含量,就会形成T+U的双相组织,可以抑制裂纹的出现,但是Al的含量过高,会在U相中析出V2硬质相,又会使裂纹敏感性增大,所以, Al的含量以7%~ 11%为宜,且要加入一定量的Ni、 Fe、 Mn来抑制V2硬质相的析出。