激光焊在鈦和鈦合金材質(zhì)方面的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2021-06-07 閱讀次數(shù)：
激光焊的質(zhì)量和效率均優(yōu)于其他焊接方法。激光易用反射鏡或棱鏡改變光路，可在工件的任意位置上焊接。激光焊對(duì)于鈦及鈦合金的薄板及精密零件的焊接可能具有更廣泛的應(yīng)用前景。但激光焊也有其不足之處: 穿透力不如電子束強(qiáng)。
對(duì)激光焊接鈦合金板材后的性能，相關(guān)研究表明，激光焊接接頭的力學(xué)性能受到焊縫成形和焊縫組織的影響。當(dāng)焊接熱輸入量較大時(shí)，焊縫中存在密集散亂排布的針狀馬氏體，使得抗拉強(qiáng)度值提高。而當(dāng)焊縫中出現(xiàn)粗大的柱狀晶組織時(shí)，焊接接頭的屈服強(qiáng)度和相對(duì)位移量減小，降低接頭的塑韌性。通過合理的參數(shù)選擇，可以實(shí)現(xiàn)接頭抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等性能與母材相當(dāng)，而接頭的疲勞性能經(jīng)真空熱處理后能得到明顯改善。雖然真空熱處理后彎曲角改善但只能達(dá)到母材的1/2。因此，在鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免將焊縫置于最大彎矩處。
激光焊接的優(yōu)勢(shì)很明顯，但目前來說，激光焊接涉及影響鈦合金焊接質(zhì)量的氣體保護(hù)、試件清理和光致等離子體控制等方面的工藝問題, 迫切需改進(jìn)和完善。由于激光焊接存在的問題，采用激光復(fù)合焊接技術(shù)可以減小甚至消除激光焊接中出現(xiàn)的缺陷，從而可以提高焊縫的焊接質(zhì)量。
對(duì)激光復(fù)合焊接后的質(zhì)量，經(jīng)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，在合適的焊接條件下可以形成沒有表面氧化、氣孔、裂紋和未焊透等焊接缺陷的優(yōu)良焊縫。與LBW 相比，laser-MIG焊接頭的延展性更好，采用低強(qiáng)度的TA10焊絲可以改善焊縫成形質(zhì)量降低微觀硬度, 但熱影響區(qū)的硬度可能由于較大的熱輸入而大幅度上升。焊接技術(shù)可以消除微裂紋，阻礙氣孔的形成以及改善焊縫的組成。通過在焊絲中加入一些抗裂紋的元素可以減少和消除諸如焊縫熱裂紋敏感性高和強(qiáng)度降低等缺陷。而焊絲熔滴進(jìn)入母材的混合及擴(kuò)散程度受到熔池中液體流動(dòng)動(dòng)力學(xué)的影響很大。這就需要在今后的研究中，注意找尋更為合適的焊絲和合理的工藝參數(shù)組合，從而保證良好的焊接質(zhì)量。
除了減少缺陷外，復(fù)合焊接后微觀組織也與單純的激光焊接后的組織有所不同。激光焊和復(fù)合焊接技術(shù)焊縫中均存在α相，在激光焊中含有粗糙的柱狀α相和少量細(xì)小的針狀α相，而復(fù)合焊接頭的微觀結(jié)構(gòu)中包含針狀α、薄片狀α以及孿晶相，這種微觀結(jié)構(gòu)使得復(fù)合焊接頭具有良好的連接強(qiáng)度和延展性。通過EDX 分析可以發(fā)現(xiàn)焊縫熔合區(qū)中氧的密度分?jǐn)?shù)的確比母材高，但不能以此認(rèn)為氧含量就是在給定焊速條件下影響焊縫能硬度的唯一因素。最終硬度應(yīng)與冷卻速度和氧氮含量的因素的交互影響有關(guān)。
其他諸如保護(hù)氣體、氣流大小以及Laser與電極間的距離等都是需要進(jìn)行研究的參數(shù)，這樣可以使復(fù)合焊接更加優(yōu)化，從而產(chǎn)生最合乎需要的焊縫。相關(guān)知識(shí)庫的建立則有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
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