激光诱发反应焊接
作者：激光 文章来源：光电子网 点击数： 更新时间：2008-7-23 12:27:38
用常规的熔化焊焊接金属基复合材料时，由于复合材料的增强体与熔化的基体金属接触时间过长，易加速增强体与基体之间的化学反应，常常导致两者间的严重扩散以及增强体的分解，甚至完全破坏。此外，焊接区常出现较大的气孔，使接头强度有所下降。因此，这些焊接方法不宜用于结构的焊接。其他连接技术如扩散焊、摩擦焊、电子束焊和电阻焊等，尽管已被证明是有效的连接方法，但由于这些方法或需要复杂的专用设备、或要求特殊的接头形式、或对焊件结构要求高等原因，在实际应用中受到很多限制。机械连接常常也是一种有效的方法，然而这种连接因韧性差并易形成应力集中可能导致灾难性破坏。
尽管激光焊接具有总的热输入低、能量密度高、焊接速度高、变形小和热影响区小等许多优点，但当被用于sic增强铝基复合材料的焊接时，仍存在着强烈的界面反应，形成al4c3脆性相而使接头性能变差的问题。为了解决这一难题，国内外目前主要采用改变激光参数来减缓界面反应，或是选用基体含si量高（如a356，6061）的铝基复合材料来抑制界面反应，然而这两种方法并不能完全消除增强体（sic）与基体金属（al）间的有害反应产物al4c3。
试验条件及方法
试验用的材料为2124al＋20vol%sicp铝基复合材料，其热处理状态为“固溶处理＋人工时效”，增强体sic颗粒的平均直径为3μm，其金相组织如图1所示。
焊接用的激光器为nd∶yag脉冲固体激光器。激光参数为：波长为1.06μm，平均功率小于100w，最大单脉冲能量为20j，脉冲频率为10次／秒，脉宽为2.5ms，发散角＜6mrad，焦点位置在试样表面上。
采用的焊接方法为：①不加填料的常规激光焊; ②激光诱发反应焊——为了排除其他元素的加入增加反应焊接的复杂性，仅在焊缝中加入纯钛。试件尺寸40mm×10mm×2mm。接头形式为对焊。
基体及焊缝的相结构分析是在日本理学d／max-ra转靶x射线衍射仪上进行的，以cu为靶，石墨为单色器，电压和电流随试样的不同而变化。
常规激光焊接头熔化区主要由al4c3和灰色块状颗粒si组成，al4c3呈针状、性脆，会降低金属基复合材料的机械性能。al4c3的大小和数量取决于激光的热输入，即复合材料的增强相（sic）与基体（2124al）之间的反应程度直接同激光能量成比例。因此，合理地控制激光参数就可能减少碳化铝的生成。
添加钛元素的激光诱发反应焊焊缝中的sic颗粒虽然全部消失，但并没有发现针状的al4c3相，替而代之生成的是细小的tic颗粒，其形貌，如图6所示。此外，相分析表明，在常规激光焊和激光诱发反应焊的焊接接头中还有alcumg和al7cu3mg6生成。ti主要以tic的形式存在于焊缝中，另有少量的ti溶于al基体中，也可能有极少量的钛铝化合物存在，但在相分析中没有发现钛铝化合物。
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