為提高銅/鋼轉(zhuǎn)換接頭搭接焊的強度與冶金相容性,提出了異種金屬微織構(gòu)激光焊接法。首先利用超快綠激光在鋼基體表面制備微織構(gòu),以提高焊接時鋼側(cè)界面的浸潤性與咬合強度,然后利用脈沖綠激光在微織構(gòu)表面進(jìn)行銅/鋼熔化搭接焊,最后研究了微織構(gòu)的形貌、接頭組織、結(jié)合界面及拉伸性能與斷裂機制。結(jié)果表明:在較高的激光功率與刻蝕次數(shù)下,熱燒蝕程度加重,易導(dǎo)致凹槽內(nèi)部質(zhì)量惡化;表面織構(gòu)化對接頭組織與抗拉強度具有顯著影響,表面織構(gòu)化可以強化對流傳質(zhì),增強銅向熔池底部（鋼側(cè)）的擴散,有利于形成含銅量更高的α-Fe、γ-Fe固溶體,使得熔池底部的顯微硬度更高;當(dāng)凹槽深度為89.91μm時,織構(gòu)化接頭的抗拉強度最高,為112.5 MPa,相比未織構(gòu)化接頭提高了19.5%;接頭的斷裂機制為韌性斷裂;接頭拉伸性能的提高得益于固溶強化、熔合體積的增大以及渦旋咬合作用。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

脈沖綠激光焊接設(shè)備與搭接焊示意圖

將焊接試樣按照GB/T 2651—2008《焊接接頭拉伸試驗方法》加工成拉伸試樣,如圖3(b)所示。利用GT-Al7000-L10型伺服拉伸試驗機進(jìn)行拉伸試驗。為減小測量誤差,同一焊接參數(shù)的試樣進(jìn)行3次拉伸試驗,拉伸性能參數(shù)取3次試驗的平均值。試樣拉斷后,利用FEI Nova Nano SEM型掃描電鏡進(jìn)行斷口形貌觀察。3 結(jié)果與分析

采用超快激光精密微細(xì)加工系統(tǒng)在304L不銹鋼表面制備微織構(gòu),如圖1所示。激光器為TruMicro 5000型皮秒激光器,其基頻輸出波長為1030 nm,最大輸出功率為50 W,重復(fù)頻率為200～1000 kHz,脈寬為10 ps,二倍頻后輸出波長為515 nm的綠激光,聚焦光斑直徑為30 μm。將不銹鋼板材水平壓緊放置于工作臺上,通過振鏡掃描實現(xiàn)光束的高速移動,采用單因素(激光功率、掃描次數(shù))控制變量法沿焊接方向在不銹鋼搭接面上制備平行的凹槽微織構(gòu),織構(gòu)區(qū)域尺寸為4 mm×25 mm,凹槽間距為200 μm。微織構(gòu)制備工藝參數(shù)如表3所示,激光功率范圍為10～35 W,功率間隔為2.5 W。采用德國通快TruDisk Pulse 421型脈沖綠激光器進(jìn)行銅/鋼搭接焊試驗,激光器的輸出波長為515 nm,最大輸出功率為400 W,脈寬在0～50 ms內(nèi)連續(xù)可調(diào),脈沖的最大峰值功率為4 kW。采用銅(T2)上鋼(304L)下(微織構(gòu)表面為接觸面)的搭接方式進(jìn)行搭接焊,焊接長度為25 mm,如圖2所示。焊前用超聲波、丙酮清洗待焊部位,并用熱風(fēng)機吹干。為防止反射光束對元器件造成損傷并提高吸收率,焊接時光束以10°傾角作用于T2紫銅表面,焊接方向平行于微織構(gòu)凹槽。工藝參數(shù)的設(shè)定需滿足以下條件:提供足夠的能量使T2紫銅熔化,且接頭上部分的能量以熱傳遞的形式傳遞到下部分304L不銹鋼界面處,熔融的銅在下層鋼板上形成有效的“釬合面”,且下層不銹鋼不焊透。優(yōu)化后的工藝參數(shù)如下:激光功率為3.4 kW,脈寬為10 ms,重復(fù)頻率為10 Hz,離焦量為+8 mm,焊接速度為10 mm/s。焊接過程采用99.999%的高純氬氣進(jìn)行保護(hù),氣體流量為6 L/min。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3600087