焊面织构化对铜/钢激光焊接接头组织及力学性能的影响
发布时间：2022-01-21 10:25
为提高铜/钢转换接头搭接焊的强度与冶金相容性,提出了异种金属微织构激光焊接法。首先利用超快绿激光在钢基体表面制备微织构,以提高焊接时钢侧界面的浸润性与咬合强度,然后利用脉冲绿激光在微织构表面进行铜/钢熔化搭接焊,最后研究了微织构的形貌、接头组织、结合界面及拉伸性能与断裂机制。结果表明:在较高的激光功率与刻蚀次数下,热烧蚀程度加重,易导致凹槽内部质量恶化;表面织构化对接头组织与抗拉强度具有显著影响,表面织构化可以强化对流传质,增强铜向熔池底部（钢侧）的扩散,有利于形成含铜量更高的α-Fe、γ-Fe固溶体,使得熔池底部的显微硬度更高;当凹槽深度为89.91μm时,织构化接头的抗拉强度最高,为112.5 MPa,相比未织构化接头提高了19.5%;接头的断裂机制为韧性断裂;接头拉伸性能的提高得益于固溶强化、熔合体积的增大以及涡旋咬合作用。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
脉冲绿激光焊接设备与搭接焊示意图
将焊接试样按照GB/T 2651—2008《焊接接头拉伸试验方法》加工成拉伸试样,如图3(b)所示。利用GT-Al7000-L10型伺服拉伸试验机进行拉伸试验。为减小测量误差,同一焊接参数的试样进行3次拉伸试验,拉伸性能参数取3次试验的平均值。试样拉断后,利用FEI Nova Nano SEM型扫描电镜进行断口形貌观察。3 结果与分析
采用超快激光精密微细加工系统在304L不锈钢表面制备微织构,如图1所示。激光器为TruMicro 5000型皮秒激光器,其基频输出波长为1030 nm,最大输出功率为50 W,重复频率为200～1000 kHz,脉宽为10 ps,二倍频后输出波长为515 nm的绿激光,聚焦光斑直径为30 μm。将不锈钢板材水平压紧放置于工作台上,通过振镜扫描实现光束的高速移动,采用单因素(激光功率、扫描次数)控制变量法沿焊接方向在不锈钢搭接面上制备平行的凹槽微织构,织构区域尺寸为4 mm×25 mm,凹槽间距为200 μm。微织构制备工艺参数如表3所示,激光功率范围为10～35 W,功率间隔为2.5 W。采用德国通快TruDisk Pulse 421型脉冲绿激光器进行铜/钢搭接焊试验,激光器的输出波长为515 nm,最大输出功率为400 W,脉宽在0～50 ms内连续可调,脉冲的最大峰值功率为4 kW。采用铜(T2)上钢(304L)下(微织构表面为接触面)的搭接方式进行搭接焊,焊接长度为25 mm,如图2所示。焊前用超声波、丙酮清洗待焊部位,并用热风机吹干。为防止反射光束对元器件造成损伤并提高吸收率,焊接时光束以10°倾角作用于T2紫铜表面,焊接方向平行于微织构凹槽。工艺参数的设定需满足以下条件:提供足够的能量使T2紫铜熔化,且接头上部分的能量以热传递的形式传递到下部分304L不锈钢界面处,熔融的铜在下层钢板上形成有效的“钎合面”,且下层不锈钢不焊透。优化后的工艺参数如下:激光功率为3.4 kW,脉宽为10 ms,重复频率为10 Hz,离焦量为+8 mm,焊接速度为10 mm/s。焊接过程采用99.999%的高纯氩气进行保护,气体流量为6 L/min。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光深熔焊等离子体电信号振荡特征与焊缝熔深的特征关系[J]. 许赛,杨立军,徐书峰,黄一鸣,赵圣斌,李珊珊. 中国激光. 2020(01)
[2]离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响[J]. 舒林森,王家胜. 激光与光电子学进展. 2020(01)
[3]5083铝合金真空激光焊缝成形的影响因素[J]. 王天鸽,唐新华,韩潇潇,芦凤桂,崔海超. 中国激光. 2018(11)
[4]铜与钢的异种材料焊接技术的实践探讨[J]. 赵海波. 中国金属通报. 2018(04)
[5]铜-钢高频感应钎焊工艺及其对接头组织和导电性的影响[J]. 石玗,高海铭,李广,李想. 材料导报. 2018(06)
[6]双波长激光束同轴复合焊接系统设计与实验研究[J]. 张健,张津超,张庆茂,潘晓铭,于艳玲,曹宇,冯爱新,唐霞辉. 中国激光. 2017(06)
[7]光纤激光焊接铝合金离焦量对焊缝成形的影响[J]. 张健,林仕君,苏绍兴,于艳玲,费旺,陈其宝,曹宇,唐霞辉. 激光与光电子学进展. 2016(12)
[8]同点间隔多次激光微织构工艺研究[J]. 符永宏,刘强宪,叶云霞,华希俊,康正阳,符昊. 中国激光. 2015(12)
[9]铜/钢异种材料等离子弧焊接头显微组织分析[J]. 彭迟,程东海,陈益平,胡德安. 材料科学与工艺. 2015(04)
[10]AZ31B镁合金激光表面微凹坑效应及其电化学腐蚀行为[J]. 周建忠,钟辉,黄舒,盛杰,戴磊,梅於芬. 中国激光. 2015(03)
硕士论文
[1]铜-钢异种材料焊接工艺及组织演变行为研究[D]. 史杰.西安理工大学 2019
[2]304不锈钢薄板激光焊接技术研究[D]. 张维哲.大连理工大学 2009
本文编号：3600087
【文章来源】：中国激光. 2020,47(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
脉冲绿激光焊接设备与搭接焊示意图
将焊接试样按照GB/T 2651—2008《焊接接头拉伸试验方法》加工成拉伸试样,如图3(b)所示。利用GT-Al7000-L10型伺服拉伸试验机进行拉伸试验。为减小测量误差,同一焊接参数的试样进行3次拉伸试验,拉伸性能参数取3次试验的平均值。试样拉断后,利用FEI Nova Nano SEM型扫描电镜进行断口形貌观察。3 结果与分析
采用超快激光精密微细加工系统在304L不锈钢表面制备微织构,如图1所示。激光器为TruMicro 5000型皮秒激光器,其基频输出波长为1030 nm,最大输出功率为50 W,重复频率为200～1000 kHz,脉宽为10 ps,二倍频后输出波长为515 nm的绿激光,聚焦光斑直径为30 μm。将不锈钢板材水平压紧放置于工作台上,通过振镜扫描实现光束的高速移动,采用单因素(激光功率、扫描次数)控制变量法沿焊接方向在不锈钢搭接面上制备平行的凹槽微织构,织构区域尺寸为4 mm×25 mm,凹槽间距为200 μm。微织构制备工艺参数如表3所示,激光功率范围为10～35 W,功率间隔为2.5 W。采用德国通快TruDisk Pulse 421型脉冲绿激光器进行铜/钢搭接焊试验,激光器的输出波长为515 nm,最大输出功率为400 W,脉宽在0～50 ms内连续可调,脉冲的最大峰值功率为4 kW。采用铜(T2)上钢(304L)下(微织构表面为接触面)的搭接方式进行搭接焊,焊接长度为25 mm,如图2所示。焊前用超声波、丙酮清洗待焊部位,并用热风机吹干。为防止反射光束对元器件造成损伤并提高吸收率,焊接时光束以10°倾角作用于T2紫铜表面,焊接方向平行于微织构凹槽。工艺参数的设定需满足以下条件:提供足够的能量使T2紫铜熔化,且接头上部分的能量以热传递的形式传递到下部分304L不锈钢界面处,熔融的铜在下层钢板上形成有效的“钎合面”,且下层不锈钢不焊透。优化后的工艺参数如下:激光功率为3.4 kW,脉宽为10 ms,重复频率为10 Hz,离焦量为+8 mm,焊接速度为10 mm/s。焊接过程采用99.999%的高纯氩气进行保护,气体流量为6 L/min。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光深熔焊等离子体电信号振荡特征与焊缝熔深的特征关系[J]. 许赛,杨立军,徐书峰,黄一鸣,赵圣斌,李珊珊. 中国激光. 2020(01)
[2]离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响[J]. 舒林森,王家胜. 激光与光电子学进展. 2020(01)
[3]5083铝合金真空激光焊缝成形的影响因素[J]. 王天鸽,唐新华,韩潇潇,芦凤桂,崔海超. 中国激光. 2018(11)
[4]铜与钢的异种材料焊接技术的实践探讨[J]. 赵海波. 中国金属通报. 2018(04)
[5]铜-钢高频感应钎焊工艺及其对接头组织和导电性的影响[J]. 石玗,高海铭,李广,李想. 材料导报. 2018(06)
[6]双波长激光束同轴复合焊接系统设计与实验研究[J]. 张健,张津超,张庆茂,潘晓铭,于艳玲,曹宇,冯爱新,唐霞辉. 中国激光. 2017(06)
[7]光纤激光焊接铝合金离焦量对焊缝成形的影响[J]. 张健,林仕君,苏绍兴,于艳玲,费旺,陈其宝,曹宇,唐霞辉. 激光与光电子学进展. 2016(12)
[8]同点间隔多次激光微织构工艺研究[J]. 符永宏,刘强宪,叶云霞,华希俊,康正阳,符昊. 中国激光. 2015(12)
[9]铜/钢异种材料等离子弧焊接头显微组织分析[J]. 彭迟,程东海,陈益平,胡德安. 材料科学与工艺. 2015(04)
[10]AZ31B镁合金激光表面微凹坑效应及其电化学腐蚀行为[J]. 周建忠,钟辉,黄舒,盛杰,戴磊,梅於芬. 中国激光. 2015(03)
硕士论文
[1]铜-钢异种材料焊接工艺及组织演变行为研究[D]. 史杰.西安理工大学 2019
[2]304不锈钢薄板激光焊接技术研究[D]. 张维哲.大连理工大学 2009
本文编号：3600087
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