异种金属材料的激光脉冲成形_企业新闻

钢易通平台欢迎您! 请登录免费注册

用户中心钢易通首页帮助中心意见箱移动端官方微信服务热线：400-660-7558

发布需求

异种金属材料的激光脉冲成形

——异种金属材料的激光脉冲成形

2021-07-26 来源：网络

摘要

异种金属材料的激光脉冲成形

异种金属材料的激光焊接是一个动态过程，它的时代已经到来。

在需要此类焊接的地方——电子、医疗设备、消费品、汽车和航空航天应用——光纤激光焊接是一种卓越的工艺。它降低了制造成本，同时提供了设计灵活性。

■所有图片由Prima Power Laserdyne提供

01、 属性差异影响结果

理论上，激光可以焊接任何可以通过传统工艺连接的材料。然而，由于它们在物理和化学特性上的差异——例如熔点和沸点、导热性、密度和膨胀系数——在焊接异种材料时可能会出现问题，从而导致无法接受的接头。

表1中说明了金属的可焊性。焊接异种金属时，良好的固溶性对于良好的焊接性能至关重要。这只能通过具有兼容熔化温度范围的金属来实现。如果一种材料的熔化温度接近另一种材料的汽化温度，就会出现焊接性差，往往意味着形成脆性金属间结构。

02、 Nd：YAG 激光器是理想的

在过去，大多数不同的焊接项目是用脉冲灯Nd:YAG激光器进行的。在占空比足够低的情况下，灯泵浦激光器能够产生长、多毫秒的脉冲，峰值功率比激光器的额定平均功率高出许多倍。高峰值功率脉冲灯泵浦Nd:YAG激光器，加上脉冲成形能力，使这些激光器成为焊接不同材料的理想选择。焊缝深度过深(可能导致缺陷接头和焊缝深度不足)可以通过根据接头的几何形状和材料特性调整启动功率和正确的结束功率来避免(图1)。

■图1：升压脉冲形状的例子

在Prima Power Laserdyne，焊接专家开发了一系列脉冲形状，通过减少焊接裂纹和孔隙率来提高焊接质量。他们的重点是在容易出现焊接缺陷(如裂纹、孔隙率或两者兼有)的产品应用中提供异种材料焊接解决方案。最常受影响的行业包括汽车、医疗、电子和航空航天。使用带有 S94P 控制器的新型LASERDYNE 811系统生成各种脉冲形状，该系统包括专为脉冲成形设计的一系列硬件和软件功能。这些项目是通过连续波 (CW) 和准连续波 (QCW) 光纤激光器完成的。

以下是两个示例，其中在异种材料的激光焊接过程中使用脉冲成形来提高焊接质量。

灰铸铁广泛用于汽车工业。一个主要的限制是由于石墨和铸造过程缺乏延展性而导致的热裂纹和孔隙的形成，从而导致异种材料在铸铁上的可焊性。在第一个示例中，汽车部件的一部分需要以部分重叠焊缝配置将 304 不锈钢连接到灰口铸铁。在之前的工艺中，零件采用电子束焊接(EBW)进行焊接，以减少过度气孔的形成并消除界面开裂。最终用户热衷于用激光束焊接 (LBW) 代替 EBW，以降低每次焊接和焊接准备的成本。最大的不同是EBW是在真空中进行的，而激光焊接是在大气压力环境中进行的，过程中消除了 X 射线的危险。进行了开发工作来设计与 EBW 相比能够产生相同或更好质量焊缝的激光参数，即没有孔隙或界面开裂。包括脉冲形状在内的激光器参数开发工作是用连续光纤激光器进行的。

用标准连续激光输出制作的焊缝金属的显微检查显示焊缝的铸铁部分存在严重的孔隙(图2)。在接头界面处没有任何微裂纹的迹象。使用 LASERDYNE S94P控制器和脉冲成形进行的焊缝产生无孔隙焊缝(图3)。

■图2：2mm 304不锈钢 + 4.5mm 灰铸铁；搭接接头；N2保护气体。

■图3：2mm厚的304不锈钢 + 4.5mm厚的灰铸铁；搭接接头；N2保护气体；带脉冲成形。

第二个例子侧重于航空航天业。焊接和连接技术在航空航天领域发挥着重要作用，无论是制造新零件还是修理航空航天结构和部件。大多数航空发动机部件由镍基高温合金制成。大多数这些航空发动机材料在激光焊接过程中容易出现孔隙、开裂或两者兼而有之。焊接裂纹和气孔形成的风险取决于焊接条件。在很大程度上，这些焊接缺陷可以通过改变焊接工艺，即优化激光和加工参数来避免。

一个航空航天部件需要在重叠焊接配置中将 Haynes 230(固溶处理的镍铬钨钼合金)激光焊接到Waspaloy(时效硬化镍铬钴高温合金)。考虑到这两种合金在单独焊接时都容易开裂，因此焊接质量要求是在熔合区没有开裂或气孔。

■图4：Haynes 230 + Waspaloy；搭接接头；连续波输出。

图4显示了两种以CW输出焊接的镍基合金之间的异种焊接接头。焊接采用两种不同的保护气体，即分别为氮气和氩气。使用氮气保护气体的激光焊接导致界面微裂纹但没有孔隙率，而使用氩气保护气体制成的焊缝没有裂纹但孔隙率过高。使用氮气保护气体减少的孔隙率是由于熔池的表面张力降低，使气泡更容易从熔池中逸出。

使用脉冲成形进行进一步测试以提高焊接质量。这些操作仅使用氮气保护气体进行。图 5a 和图 5b 中显示的结果表明，在接头界面处没有任何微裂纹的迹象。与使用CW输出的焊缝相比，焊缝熔深和界面宽度略有不同；但是，可以通过调整平均功率和焊接速度来控制焊接形状，而无需更改脉冲形状配置。

■图5a：Haynes 230 + Waspaloy;脉冲成形重叠接头;焊缝根部无界面开裂或气孔。

■图5b：放大后的材料和焊接材料的照片。

Prima Power Laserdyne公司的激光脉冲成形技术已经实现了高质量的异种材料焊接。这些新工艺和LASERDYNE SP94控制器的性能通过解决微裂纹和微观和宏观孔隙的形成，提高了焊接质量。该公司开发了额外的脉冲成形工艺，以评估和改进光纤激光焊接的许多其他应用。

版权与免责声明

凡本网注明“来源：钢易通”的所有作品，均为钢易通合法拥有版权或有权使用的作品。刊用本网站稿件，需经书面授权。未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的，应在授权范围内使用，并注明“来源：钢易通”。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。
本网转载并注明自其它来源（非钢易通）的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点或对其真实性负责，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品第一来源，并自负版权等法律责任。如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起30日内与本网联系，并提供真实、有效的书面证明。我们将在核实后做出妥善处理。

热门资讯