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金屬基復合材料激光誘發(fā)反應焊接研究

作者: 時(shí)間:2013-05-11 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
用常規的熔化焊焊接時(shí),由于復合材料的增強體與熔化的基體金屬接觸時(shí)間過(guò)長(cháng),易加速增強體與基體之間的化學(xué)反應,常常導致兩者間的嚴重擴散以及增強體的分解,甚至完全破壞。此外,焊接區常出現較大的氣孔,使接頭強度有所下降。因此,這些焊接方法不宜用于結構的焊接。其他連接技術(shù)如擴散焊、摩擦焊、電子束焊和電阻焊等[1],盡管已被證明是有效的連接方法,但由于這些方法或需要復雜的專(zhuān)用設備、或要求特殊的接頭形式、或對焊件結構要求高等原因,在實(shí)際應用中受到很多限制。機械連接常常也是一種有效的方法,然而這種連接因韌性差并易形成應力集中可能導致災難性破壞。

盡管激光焊接具有總的熱輸入低、能量密度高、焊接速度高、變形小和熱影響區小等許多優(yōu)點(diǎn),但當被用于SiC增強鋁基復合材料的焊接時(shí),仍存在著(zhù)強烈的界面反應,形成Al4C3脆性相而使接頭性能變差的問(wèn)題。為了解決這一難題,國內外目前主要采用改變激光參數來(lái)減緩界面反應[2,3],或是選用基體含Si量高(如A356,6061)的鋁基復合材料來(lái)抑制界面反應[4],然而這兩種方法并不能完全消除增強體(SiC)與基體金屬(Al)間的有害反應產(chǎn)物Al4C3。

1試驗條件及方法

試驗用的材料為2124Al+20vol%SiCp鋁基復合材料,其熱處理狀態(tài)為“固溶處理+人工時(shí)效”,增強體SiC顆粒的平均直徑為3μm,其金相組織如圖1所示。

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圖1鋁基復合材料的金相組織

焊接用的激光器為Nd∶YAG脈沖固體激光器。激光參數為:波長(cháng)為1.06μm,平均功率小于100W,最大單脈沖能量為20J,脈沖頻率為10次/秒,脈寬為2.5ms,發(fā)散角<6mrad,焦點(diǎn)位置在試樣表面上。

采用的焊接方法為:①不加填料的常規激光焊; ②反應焊——為了排除其他元素的加入增加的復雜性,僅在焊縫中加入純鈦。試件尺寸40mm×10mm×2mm。接頭形式為對焊。

基體及焊縫的相結構分析是在日本理學(xué)D/MAX-RA轉靶X射線(xiàn)衍射儀上進(jìn)行的,以Cu為靶,石墨為單色器,電壓和電流隨試樣的不同而變化。

2試驗結果與分析

圖2和圖3分別為常規激光焊的焊接接頭組織和相分析結果。圖4和圖5分別為反應焊的焊接接頭組織和相分析結果。

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圖2常規激光焊焊接接頭的組織
(激光功率:40W,焊接速度:120mm/min)

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圖3常規激光焊焊接接頭X射線(xiàn)衍射圖

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圖4接頭組織
(激光功率:40W,焊接速度:120mm/min)


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