Ti_55钛合金板材的CO_2激光焊与电子束焊的实验研究.pdfVIP

激光焊 激光焊是中j用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接 方法。激光焊作为现代高科技的产物，己成为现代工业生产中一种重要的焊接手 段。随着航空航天、汽车、微电子、轻工业、医疗及核工业等的迅猛发展，产品 零件结构越来越复杂，对材料性能要求越来越高，对加工精度和表面完整性的要 求也越来越严格，传统的焊接方法己难以满足要求。激光焊接具有高能量密度、 可聚焦、深穿透、高效率、高精度、适应性强等优点而受到世界各国的重视， 并 己成功应用于航空航天、汽车制造、电子轻工等领域. 按焊接机理分类，激光焊有两种基本形式t 一是传导型激光焊， 另一种是激 光深熔焊 [22] 。 传导型激光焊接需将高强度激光荣直接辐射至材料表面， 通过激光与材 料的相互作用，使材料局部熔化实现焊接。激光与材料相互作用过程中，会出现 光的反射、光的吸收、热传导及物质的传导。在热传导型激光焊接中，辐射至材 料表丽的功率密度较低， 光能量只能被表层吸收，不产生非线性效应或小孔效应。 即光的穿透深度为 1 _ / M = - ln 一(1.1 ) A 10 式中，但一表示光通过的厚度 A一材料对激光的吸收系数， 对大多数金属， A 为( I O- IQ)Icm; !r一材料表面吸收的光强 /-一光入射至M 处的光强。 由此可见，当光穿透微米数量级后，入射光强I 已趋于零。因此， 材料内部 加执是通过热传导方式进行的。 一旦表面t幅度达到熔占儿， 材料表而熔化， 只 要表面温度不超过沸点，熔化波前向材料内部稳定传播， 其传播速度与激光功率 密度和材料的液相和固相热力学参数有关。 激光i捂烙焊的本质特征为小孔效应. 当高功率密度激光束入射到金属表面 时， 材料被迅速加热，由于热传导作用，材料将产生熔化、蒸发.如果材料蒸发 速度足够高，激光束将在金属中打出 个小孔.金属蒸汽产生的压力促使熔融金 属沿着孔璧向上移动， 小孔作为一个黑体， 帮助激光束吸收和传热至材料深部。 而在大多数常规焊接和热传导型激光焊接过程中， 能量首先积聚在材料表面，然 后通过热传导带到材料内部.这是两种完全不同的焊接机制。 - 8 - 在北欠字栩士字tLn:又 - + 帚甸，也4 激光深熔焊过程的几何特征可以这样进行描述z 在高功率激光束照射下，被 焊材料的微小局部被加热、熔化并蒸发，首先形成一个小孔，然后穿透材料.在 冉、 τ缸，扣阳~ 7 且+01 !*::抽兰在啦陆韭陆青虫 有 占!，，.同拥叶斗国陆童眉目C ëfr. J4~ 静压力达到平衡.随着激光束或工件移动，熔融金属在稳定小孔后以行进光束或 工件确定的速度向前运动，随之凝固形成焊缝金属. 由于小孔附近的温度梯度很高，使小孔周围的金属熔体产生很大的表面张力 梯度，其相应的金属蒸气反冲压力使小孔前沿产生强烈的环流.图 1-3 示出激光 深熔焊接熔池的流动情况， 熔池内的热传输和液体流动可以显著地影响熔池的几 何形状、温度梯度、局部区域的冷却连率和凝固结构，并可导致熔深的波动、气 孔、烙池不足等缺陷. 图 \-) 深烙焊烙池内液体金属的流动 Fig.I-3 The f1 0w of liquid-meta l in the fused bath of deep penetration w e1 ding 激光