光束摇摆(振荡)扩大了激光束与材料之间相互作用的面积和焊接宽度,降低了焊接过程中所需要的热输入。在高反射材料中,如铜合金,采用光束振荡,材料的局部温度会升高和提高对激光的吸收率。能量的效率会增加,因为在焊接过程中的反射变少。另外一个主要的优势在于适宜的光束振荡激光头在使用时,可以控制热温度梯度和匙孔的稳定性,这将导致焊接缺陷的减少和获得光滑的焊缝表面。
激光的动态移动可以具有不同的形状,并且其振荡模式的变化可以促进在焊接工艺过程中实现更好的温度管理,从而导致并不陡峭的热输入和冷却速率以及热温度梯度。因此,激光光束振荡可以通过大化的降低焊接缺陷来提高工艺过程,而不会对焊接后的显微组织产生影响,就不会出现以前Kraetzsch所报道的 Cu/Al异种材料的焊接和Wang等人所报道的进行Al焊接时所产生的情况。
在焊接的熔化化区发现非传统的显微组织特征,这些圆形的条带是由于凝固在光束振动的条件下所形成的。圆形的条带表明激光光束和材料的相互作用的边界相类似。由于光束摆动效应,在相互作用的时间间隔Δt中,激光束接触在熔化区可以接触到同熔池更多的相互作用时间。在每一旋转过程中,它就会发生部分材料熔化和产生圆形的熔化线,从而在选装中凝固形成外延生长的模式。在铜合金的增材制造过程中,会观察到相似的现象,但,实际上,此时的形成归因于Cu2O的存在。
铜及铜合金具有的导电性能和导热性能,可进行软钎焊和其他焊接,但由于铜及铜合金的高熔点和极易氧化性能,致使铜及铜合金的焊接存在以下技术难点
(1)高熔点和高导热性,使铜和铜合金焊接温度很高,采用常规焊接工艺参数时, 铜材很难熔化,不能很好地熔合;
(2)焊接接头的热裂倾向大,焊接时,熔池内铜与其中的杂质形成低熔点共晶物, 使铜及铜合金具有明显的热脆性,产生热裂纹;
(3)铜及铜合金焊接易产生气孔的缺陷,且比碳钢严重得多,主要是氢气孔;
(4)焊接接头性能的变化,晶粒粗化,塑性下降,耐蚀性下降等。
目前铜及铜合金焊接主要采用气焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、钎焊等方法,但这些焊接方法的焊接温度均需要达到铜及铜合金的熔点温度,在高温情况下,铜会软化,影响铜及铜合金的机械性能和力学性能。
对铜合金进行的焊接加工。铜合金的导热率高,焊接时,从焊缝中心向母材迅速散热,焊缝易形成粗大的树枝晶。同时,焊缝内的合金元素、杂质和氧化亚铜与铜形成的低熔点共晶集中分布在晶界上,严重地削弱了晶间结合力,在焊接应力作用下,易产生热裂。因此,大的工件应进行焊前预热,这对焊接缺陷能起到一定的消除作用。高的导热率对于接头形式和熔化焊接技术有特殊要求,只有在热源与焊接接头呈对称位置时,才能获得均匀的焊缝。铜合金液态流动性好,不适于悬空单面对接焊,也不宜采用立焊和仰焊。
长期以来,铜及铜合金的焊接主要是应用钎焊、气焊、电弧焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、扩散焊等方法。近年来,随着焊接技术的发展,又采用了电子束、激光、等离子弧等高能量热源进行焊接,取得了很好的效果。
白铜是铜镍合金,颜色呈银色或淡灰白色。白铜具有耐热和耐寒的性能,中等强度,塑性高,能进行冷热压力加工,还有很好的电学性能,除用作结构材料外,还是重要的高电阻和热电偶合金。所以,白铜按其用途可分为结构白铜和电工白铜。结构白铜具有很好的耐蚀性,优良的力学性能和压力加工性能,焊接性好,主要用来制造冷凝管、蒸发器、热交换器和各种高强度的耐蚀件等。另外,白铜中也可加入其它元素,形成铁白铜、锌白铜、铝白铜、锰白铜等。
钢和铜中都含有杂质,在焊接过程中能形成各种=低熔点共晶体和脆性化合物,容易产生偏析。焊接低碳钢和铜、铜合金时,焊缝中易形成FeS (熔点为1 189℃ )、 FeP (熔点为1 050℃ )和(Fe+ FeS)共晶体(共晶温度为985℃ )。再加上铜中的一些低熔点共晶体,这些化合物和低熔点共晶体偏析于晶界,严重地削弱了金属在高温时的晶间结合力,焊缝易产生热裂纹。
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