激光焊接机适用焊接哪几种材料？

典型材料的激光捍接

一：材料激光焊接的焊接性

1.激光焊的焊缝形式及特点

    激光传热焊焊缝类似千某些常规焊接方法的特点。对激光焊的烙池的研究发现。烙池周期性的变化，主要原因是激光与物质作用过程中的自振荡效应。

    熔池的周期性变化，会在焊缝中产生特有的现象，充满金属蒸气的小孔，发生周期性变化，同时熔化的金属又在它的周围从前沿向后沿流动，加上金属蒸发造成的扰动。可能使蒸气留在焊缝中凝固之后形成气孔。

2.金属的激先焊接性

    激光悍接具有一些其他焊接方式所不能比拟的性能，这就是接头良好的抗热裂能力和抗冷裂能力。

    ①抗热裂能力激光焊与T工G焊相比，焊接低合金高强钢时，热裂纹敏感性较低。t光焊虽然有较高的焊接速度，但其热裂纹敏感性却低千SIG焊。这是因为激光焊焊缝祖宗品粒较细，可有效的防止热裂纹的产生。如果焊接参数选择不当，也会产生热裂纹。热裂纹产生的同时也会促使冷裂纹形成和扩展。

    ②抗冷裂能力冷裂纹的评定指标是24h在试样中心不产生裂纹所加的最大载荷所产生的应力，印高界应力。对千低合金高强钢，激光焊的临界应力大千TIG焊，这就是说激光焊的杭冷裂纹能力大千TIG焊。焊接低碳钥时两种焊接方法的临界应力几乎相同。

    ③残余应力及变形激光焊加热光斑小，热输入小，使得焊接焊头的残余应力和变形比普通焊接方法小得多。激光焊虽有较陡的温度梯度，但爆缝中最大残余拉应力仍然要比TIG焊时略小一些，而且激光焊爆接参数的变化几乎不影响最大残余应力的幅值。用TIG焊焊接薄板时，常常会因为残余应力的存在而发生波场良变形，但用激光焊焊接薄板时，变形大丈减小，一般不会产生波浪变形。激光焊残余应力和变形小，使它成为一种精密的焊接方法。

    ④冲击韧性经过研究发现，撇光焊焊接接头的冲击吸收功大千母材取收金属的冲击吸收功。激光焊焊接接头冲击功提高的主要原因之一是焊缝金属的净化效应。

 

二：金属材料的激光焊接

   铝及其铝合至激光焊接的主要困难是它对10. 8pon波长的Co2激光束的反射率高。铝是热和电的良导体，高密度的自由电子使它成为光的良好反射体，起始表面反射率超过90%，也就是说，深熔焊必须在小千10%的输人能量开始，这就要求很高的输入功率以保证焊接开始时必需的功率密度，而一且小孔生成。它对光束的吸收率迅速提高，甚至可达到90%。从而使焊接过程顺利进行。铝及其合金焊接时。随着温度的升高，氢在铝中的溶解度急剧增大，溶解千其中的氢成为焊缝的缺陷源。焊缝中多存在气孔，深熔焊时根部可能出现空洞，焊道成形较差。

    最近，汽车用铭合金的激光焊接受到关注，进行了许多探讨，已对铝合金车A凶州子了YAG激光焊。通常采用高Si的Al焊丝进行YAG激光焊接。利用3kW光纤传送YAG激光对6 X X X系列的合金进行焊接，尤其探讨了激光束的匹配问题，以及间隙许允度及重力的影响，向上、向下及横向焊接都可以。其他，还进行了各种台金YAG激光的对接、搭接及I形接头焊接试验，比较了其焊接性及各种保护气体下接头的杭拉强度，进行了铸造材和挤出材的YAG激光焊接，探讨了气孔生成及各种焊接条件的影响。

    Mg合金密度比Al小36%，作为高比强材料受到关注。因此进行了脉冲YAG激光和连续C02激光焊接试验，对于板厚1.8MM的AZ31B-H244合金(3.27%Al, 0.79%Zn)各种缺陷较少的最佳焊接条件为平均功率0.8kW, 5ms, 120Hz, 300mm/s,焦点尺寸0. 42mm，连续C02激光焊接获得了良好的熔透焊缝。还测定了YAG激光焊接区的硬度分布，发现HAZ组织窄，几乎没有软化。

（1）低合金高强度钢

    低合金高强度钢的激光焊接，只要所选择的焊接参数适当，就可以得到与母材力学性能相当的接头。HY-130钢是一种典型的低合金高强

度钢‘经过调质处理，它具有很高的强度和较高的抗裂性。用常规焊接方法焊，其焊缝和HAZ组织是粗晶、部分细晶及原始组织的棍合体，接头的韧性和扰裂性与母材相比要差得多，而且焊态下焊缝和HAZ金属组织对冷裂纹特别敏感。激光焊焊接接头不仅具有高的强度，而且其有良好的韧性和良好的抗裂性。其有以下原因。

    ①激光焊焊缝细、HAZ姐织窄。在冲击试验时，裂故并不沿焊缝砌I AZ姐织扩展，常常是扩展进母材。冲击断口的扫描电镜观察充分说明了这一点，断口上大部分区域是未受热影响的母材，因此整个接头的抗裂性，实际上很大一部分是由母材所提供的。

    ②从接头的硬度和显微硬度的分布来看，激光焊其有较高的硬度和较陡的硬度梯度，这表明可能有较大的应力集中出现。但是，在硬度较高的区域。正对应于细小的组织。高的硬度和细小的组织的共生效应使得接头既有高的强度，又有足够的韧性。

    ③激光焊焊缝HAZ组织主要为马氏体，这是由干它的焊接速度高、热输入小所造成的。HY-130钢中碳的质量分数很小(约0.1%)。焊接过程中由于冷却速度快，形成低碳马氏体，这种组织的练合性能优于捍条电弧焊和熔化极气体保护焊中产生的针状铁素体和马氏体的混合物。再加上晶粒细小得多，接头性能无疑是优良的。

    ④HY-130激光焊时，焊桔中的有害元素大大减少，产生了净化效应，提高了接头的韧性。

 (2)不锈钢

    奥氏体不锈钢由于具有良好的抗腐蚀性，以及高温和低温韧性而获得广泛的应用。这类不锈钢的特点是合金元素含量高，热导性仅为低碳钢的1/3,线膨胀系数大，为低碳钢的1. 5倍。

    对Ni-Cr系不锈钢进行焊接时，材料具有很高的能量吸收率和熔化效率。用激光焊焊接时，由子焊接速度快，减轻了不锈钢焊接时的过热现象和线膨胀系数大的不良影响，焊缝无气孔、夹杂等缺陷，接头强度和母材相当。用小功率激光焊焊接薄板，可以获得外观上成形良好、焊缝平滑美观的接头。

    不锈钢的激光焊，可用于核电站中不锈钢、核燃料包等的焊接，也可以用于化工等其他行业。

 (3)碳素钢

      由于激光焊时的加热速度和冷却速度非常快，所以在焊接碳素钢时。随着含碳量的增加，焊接裂纹和缺口敏感性也会增加。

硅钢

    硅钢片是一种应用广泛的电磁材料，在轧制过程中为了保证生产线运行的连续性，需要对硅钢薄片进行焊接，但硅钢中Si的质量分数高(约3%李，Si对二Fe其有强烈的固深强化作用，使硅钢的硬度、强度增加，塑性、韧性急剧下降，而且冷轧造成的加工硬化，使强度、硬度进一步增加。硅钢的热导率仅为纯铁的50%,热敏性大，易发生过热使晶粒长大，而且晶粒一旦长大，就很难通过热处理使之细化。目前，工业中采用TIG焊，存在的主要问题是接头脆化，焊态下接头的反复弯曲次数低或者不能弯曲，因而不得不在焊后增加一道火焰退火工序。这样既增加了工艺流程复杂性，也降低了生产效率。

 铜及铜合金的焊接

   铜及铜合金兵有优良的导电、导热性能，冷、热加工性良好，其有高的扰氧化性和较高的强度。在电气、电子、动力、化工等工业部门中应用较广。

   (1)铜及铜合金的分类

    铜及铜合金可分为紫铜、黄铜、青铜及白铜等。紫铜为铜含量不小于99.5%的工业纯铜;普通黄铜是铜和锌的二元合金，表面呈淡黄色;凡不以锌、镍为主要组成而以锡、铝、硅等元素为主要组成的铜合金，称为青铜;白铜为含镍量50%的铜镍合金。

   (2)铜及铜合金的焊接性

    焊接铜和铜合金易产生未熔合与未焊透。故应采用能量集中、大功率的热源并配合预热措施;在工件厚度较薄或结构刚度较小。又无防止变形措施时，焊后很容易产生较大的变形，而当焊接接头受到较大的刚性约束时，易产生焊接应力;焊接铜及铜合金时还易产生热裂纹:

气孔是铜及铜合金焊接时的常见缺陷，紫铜焊缝中的气孔主要是氢气孔。总的来讲铜及其合金焊接具有如下特点。

    ①铜的导热性和热容量大，焊接输入热量宜大，必要时作适当预热。

    ②铜及铜合金的线膨胀系数大，凝固时收缩率也较大，因此，焊接变形大，焊件刚度大时易产生裂纹。应采用窄焊道，焊后立即轻轻敲击可细化晶粒，减小残余应力及变形。一些铜合金如黄铜，焊后有时需经270^-560℃退火处理，以消除应力，防止“自裂”现象。

    ③铜在液态时易氧化，生成的氧化亚铜(Cu20)和铜形成低熔点共晶体，分布在晶界，已引起裂纹。用于焊接的紫铜含氧量，一般应<0.03%,重要件应<0.01%.

    ④铜在液戊时能溶解大量的氢，在凝固冷却过程中，溶解度大大减小。氢还能和氧化亚铜反应，生成水蒸气，因而引起气孔。

   由于铜的热导率高(超过铁的热导率3倍以上)，线膨胀系数大(比钢的线膨胀系数大30%)，凝固收缩率值大(比钢大1倍)，液态时对氧的活性高。氢在其中的溶解度大等原因。铜的焊接是相当困难的。铜的性质决定了它在焊接过程中产生强烈的应力和变形、焊缝形成气孔和裂纹的倾向高。由于其导热率高，所以铜焊接时必须要用集中的强热源(如激光、电子束、离子束等)。此外，同在高温时的塑性低和热导率高要求采用预热。铜的焊缝具有显著的多孔的特点，这是由于在金属冷却和结晶过程中有气体从其中析出而造成的，铜的熔点比较低

而热导率高，大大地加速了焊接时冷却和结晶过程，这妨碍了在常规下的电弧焊。弧柱中卷入的或溶解的气体从焊缝金属或近缝区析出。残留在金属中的气体可能在金属中造成气体的过饱和熔液或造成气孔。过饱和熔液的形成会导致裂纹。因为铜在高温下的塑性低。气体从过饱和熔液吸出时的压力可能使铜产生破坏。合金元素对气体在液态铜中的溶解度有影响。研究表明，A1, S1, Zn可以减少黄铜焊缝中的多孔性，而Ma反而增加多孔性。前苏联的科学家研究表明Zr, Ti, Be, Cr也能降低铜焊缝中的多孔性。电阻焊时由于黄铜的电阻率低、热导率高，因而很难形成稳定的焊接熔池而实现理想焊缝，甚至无法焊接，激光焊时由于铜及铜合金对激光具有其强烈的反射作用，一般情况下也较难实现连续深熔焊。

   许多镍基和铁基耐热合金都可以进行脉冲和连续激光焊接，且都可以获得好的激光焊缝。通过对铁基合金M-152和航空发动机中使用的三种镍基耐热合金(FK33. C263. N75)的激光焊接表明，接头力学性能与母材几乎相当。

    Dop-14合金和Gop-26合金是两种宇航用铱基耐热合金，它们具有很高的熔点，具有优良的高温强度和抗氧化性，用激光对其进行焊接时，缝晶粒很细，可以消除金属针在晶界偏析所产生的热裂现象，获得无裂纹的焊缝，而用常规的钨极氢弧焊则是难以办到的。异种金属的激光焊接异种金属的激光焊接是指两种不同金属的激光熔焊。异种金属是否可焊及接头的强度，取决于两种金属的物理性质，如熔点、沸点等。若两种材料的熔、沸点接近，能形成较为牢固连接激光焊接的参数范围较大，熔区可以形成良好的合金结构，激光焊接的参数范围较大。

     激光焊接可以在许多类异种金属之间进行，研究表明，铜一镍、镍一钦、钦一钥、低碳钢一铜等异种金属在一定条件下均可以进行激光焊接。