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异种轻质合金激光焊接工艺研究

尼军杰  
【摘要】: 本文主要进行了TC4钛合金与L3工业纯铝的异种金属板材激光搭接焊研究。 TC4和铝之间的焊接属于异种金属焊接范畴。但TC4钛合金和铝激光焊接除一般异种金属焊接时容易出现的问题外,还有其特殊的地方如:熔点、激光吸收率相差大等,因此对其焊接性进行了分析。 由于钛合金与铝对激光的吸收率相差大,因此,采用搭接方式,利用钛对激光的良好的吸收,将其置于铝板之上,依靠热传导提高铝板温度,随着温度升高铝板对激光吸收率大幅增加,从而实现焊接过程。 试验采用1.5mm厚度的钛合金板材与1.0mm铝板,采用光斑直径为0.3mm,离焦量为0的激光束,改变激光功率与焊速等参数进行多次试验。通过拉伸试验、显微组织及硬度分析对表面形貌、显微组织、力学性能及SEM进行分析研究。 借用熔合比概念,估算了铝在焊缝中的含量,铝含量随线能量的增加而增加,结合扫描照片及能谱分析,分析了焊缝中金属间化合物的形成原因:激光焊接中焊缝冷却速度很快,熔池存在时间很短,由于试验采用搭接接头,铝板位于钛合金板的下部,所以铝没有足够的时间到达焊缝上部。而且熔池中铝与钛的熔合主要依靠对流,扩散很少,激光焊接具有很大的深宽比,焊缝形状呈钉型,铝板则位于钉尖位置,面积很窄,熔池中金属液体流动阻力大,因此铝很难到达焊缝上部,而在焊缝底部富集。所以焊缝底部铝含量要远远高于10%,而形成金属间化合物。 硬度分析与能谱分析结果都证明了金属间化合物的存在。接头拉伸试验表明,在功率为1.2kw,焊速为1.2m/min,线能量为1.0kJ/cm的条件下能够获得满足性能要求的接头。 根据显微组织照片及扫描电镜,分析了焊接中各种缺陷及产生的原因,包括气孔、裂纹与焊缝中的偏析。


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