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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。
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。
目前铜及铜合金焊接主要采用气焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、钎焊等方法,但这些焊接方法的焊接温度均需要达到铜及铜合金的熔点温度,在高温情况下,铜会软化,影响铜及铜合金的机械性能和力学性能。
在单道对接焊时应采用垫板。常用垫板材料有:铜、石墨和干石棉等。铜合金焊接时吸气较严重,液态时溶解大量氢,在冷却凝固过程中,由于其溶解度降低,氢来不及逸出,在焊缝和熔合区形成气孔。氢还能与氧化亚铜反应生成水泡,形成另一种气孔。铜合金线膨胀系数较大,焊接时,焊件产生较大变形。