超薄不锈钢片的微激光焊接工艺研究

采用微型脉冲激光实现了0.2mm厚321不锈钢片的对接焊,并通过正交优化设计对工艺参数进行了优化,研究了工艺参数对焊接接头微观形貌及组织的影响。结果表明,焊接接头获得最大抗拉力的最优工艺参数是脉冲功率百分比为15、脉冲频率为5Hz、脉冲宽度为2.1ms,此时焊接接头的承载能力达到母材的95%。当微激光焊的脉冲能量过大时会产生热量的积累、导致焊缝发生烧穿,当脉冲宽度较小时激光脉冲的熔透能力较弱、导致焊缝未焊透,这两者都会导致焊接接头的承载能力较差。承载能力较高的焊接接头其显微组织由焊缝中心区的等轴晶和焊缝边缘细小的柱状晶组成。

TiNi形状记忆合金薄片的微激光焊接工艺研究

采用微激光对厚度为0.2mm的TiNi形状记忆合金薄片进行焊接,通过正交试验以获得最大的接头抗拉力为目标对工艺参数进行了优化,并分析了工艺参数对焊接接头表面及横截面形貌的影响。结果表明,焊接接头获得最大抗拉力的最优工艺参数是:脉冲功率百分比21%、脉冲宽度2.3ms、脉冲频率4Hz,此时焊接接头的承载能力达到母材的97%。当微激光焊的功率百分比、脉冲频率、脉冲宽度过大时会产生热量的积累、导致焊缝发生烧穿;过小时激光脉冲的熔透能力较弱、导致焊缝未焊透,这两者是导致焊接接头承载能力较差的主要原因。

高温合金活性剂激光微焊接接头的组织性能研究(英文)

采用配方均匀设计法,配制了SiO2-MnO2-CaO-TiO2-CaF2-NaF多组元活性剂,利用微型脉冲激光器对500μm厚GH4169高温合金进行了活性剂激光焊接试验。分析并讨论了焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明,与传统激光焊相比,所配制的20种活性剂均增加了焊缝熔深,并且其中F12系混合活性剂增加熔深能力最为显著,使焊缝深宽比增加了159%,证明通过使用活性剂来增加微激光焊焊缝熔深,降低高温合金板激光焊接的成本是可行的。在活性剂作用下,焊缝显微组织仍由柱状晶和等轴晶组成,接头抗拉强度达到927 MPa,为母材强度的92.7%。

0.3mm厚镀镍钢片激光微焊接研究

采用脉冲激光微焊接实现了0.3 mm厚镀镍钢片的对接焊,研究了焊接接头的组织形貌特征及力学性能。结果表明,镀镍钢片表面镀镍层对激光反射作用较大,直接用激光对焊镀镍钢片薄板不能得到成形良好的焊缝;磨去金属表面镀镍层后施焊,焊缝成形质量显著提高。焊接接头由热影响区的晶粒细化区、焊缝区的少量马氏体、细化的铁素体及部分残余奥氏体组成。焊接接头的抗拉强度和显微硬度均高于母材。

稀土对GH4169激光微焊接接头组织性能的影响

通过添加稀土元素Ce对0.2mm厚的GH4169高温合金进行微激光对接焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸仪测试等分析方法,对比研究稀土元素对焊缝表面成形、接头显微组织及力学性能的影响。结果表明:在添加稀土元素的条件下焊接时,对焊接工艺参数进行正交试验优化,得出焊接最优工艺参数为脉冲功率17%、脉冲频率4.0Hz、脉冲宽度3.1ms,此时焊接接头断裂在母材。焊接过程中,液态金属流动使稀土在熔池中均匀混合,获得了组织均匀的焊缝。稀土元素能够改变焊缝温度梯度,形成"梯形"状焊缝;同时,稀土元素能够降低接头的显微硬度,增强接头的韧性和塑性。

NiTiNb/TC4异种材料激光微焊接头裂纹研究

NiTiNb/TC4异种材料激光焊时,焊接接头的裂纹敏感性很强,在较小激光功率时,焊缝就出现了裂纹,通过改变激光功率无法消除接头裂纹。通过填加Ti丝来调节接头中Ti的含量来减小Ti2Ni的生成,从而控制接头裂纹的生成。研究表明,当加入Ti丝后,在不同激光功率下,接头成形良好,焊缝中存在微细裂纹;在NiTiNb侧存在宽10μm的Ti2Ni过渡区,TC4侧结合良好;当激光频率为3Hz、激光脉宽为4.5ms、激光平均功率为13.6W时,接头最大抗拉强度达447MPa。

321不锈钢薄板激光微焊接接头组织性能研究

本文采用微型脉冲激光实现了0．3mm厚321不锈钢片的对接焊，通过正交优化设计对工艺参数进行了优化，利用光学显微镜，电子精密拉伸机等分析测试手段，研究了工艺参数对焊接接头微观形貌及组织的影响。结果表明，焊接接头获得最大抗拉强度的最优工艺参数是脉；中功率百分比为18、脉冲宽度为4ms、脉冲频率为2Hz，此时焊接接头的承载能力达到母材的98％。分析了功率密度对焊缝成形和力学性能的影响。承载能力较高的焊接接头其显微组织是由焊缝中心区的等轴晶和焊缝边缘粗大的柱状晶组成，并且焊接接头的显微硬度高于母材。

高分子材料与金属激光微焊接实验与仿真分析

为了更好地理解高分子材料与金属材料的激光微焊接机理,利用软件ANSYS建立高斯热源模型,对生物高分子材料聚对苯二甲酸乙二酯(PET)与医用金属材料纯钛的激光微焊接温度场进行了动态模拟;利用红外热像仪测定焊接过程瞬态最高温度变化,用超景深数字显微镜测量实际焊接中焊缝宽度,其测量结果与仿真结果基本吻合;最后对温度场仿真结果进行了分析。结果表明,移动热源前方的等温线分布密集且温度梯度大,后方的等温线稀疏且温度梯度小;在垂直于焊缝中心不同位置的节点都存在着快速升温及相对缓慢的降温过程,同时,节点越靠近焊缝中心,温度变化越剧烈,所能达到的最高温度就越大。该结果证明了所建立的移动高斯面热源模型在激光微焊接PET/Ti温度场模拟中的适用性。

导电游丝激光锡膏微焊接

导电游丝人工焊接存在效率低一致性差的问题。为了实现其自动化焊接,设计了一套能够进行锡膏微量分液、焊点视觉定位、激光加热、红外测温的焊接平台。首先,进行了红外测温仪的发射率标定与精度测量,激光能量中心与相机视野中心的同轴度的补偿。然后,在镀金的焊盘上进行微小焊点焊接试验。最后,测量了30μm游丝焊点的导电性。试验结果表明激光锡膏微焊接中存在虚焊假焊、多锡珠产生、焊点与基底接触面积的多态性以及助焊剂残留的问题,通过优化激光加热功率曲线与焊接工艺过程,得到了直径为0.2mm左右的导电性良好的焊点。导电游丝激光锡膏微焊接自动化设计具备可行性。

316L不锈钢与6063铝合金激光微焊接研究

采用CW数字调制过的光纤激光器,以螺旋线高速扫描的焊接方式对316L不锈钢薄板与6063铝合金板材进行激光点焊搭接试验。结果表明:采用较大功率一次焊接后易产生大量微裂纹,严重影响焊接抗剪强度;当采用较小功率进行组合焊接时,抑制了裂纹在不锈钢层的扩展,只在焊点熔合区存在微裂纹,剪切力显著提高,可达170 N;焊点熔合区出现显微裂纹,是由于钢与铝或铝合金在焊接过程中形成金属间化合物:Fe Al和Fe Al2,呈带状分布且不连续,这些金属间化合物降低了焊点的塑性、韧性,在应力作用下产生显微裂纹。

超薄GH738板材激光微焊接接头的组织性能

采用脉冲微激光对厚度为0.2mm的GH738高温合金进行对接焊。工艺参数适当时,焊缝成形良好,试验最优工艺参数为:功率14.4W、脉冲宽度4.0ms、脉冲频率6.0Hz,接头抗拉强度983MPa,达到母材抗拉强度的94.7%。利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸机等分析测试手段,对接头的金相组织和性能进行了测试分析。结果表明,焊缝组织显著细化,焊缝中心和熔合线附近上端、下端区域为等轴晶,熔合线中端区域为胞状向柱状生长转变,细晶区分布在焊缝表层。焊缝中心显微硬度与母材相比变化不大,熔合区前沿微观偏析导致熔合区硬度升高。

金属材料激光微焊接研究进展(特邀)

设备器件精密化、微型化是工业发展的重要趋势。在航空航天、动力电池、消费电子、生物医疗等应用领域中,零部件的日益微型化对微加工工艺提出了更高的要求。金属材料微焊接是微加工领域的重要需求之一,而激光具有能量密度高、热输入精确可控、焊接变形小等特点,是金属材料微焊接的重要技术手段。对金属材料激光微焊接技术展开了探讨,明确了其内涵,阐明了微尺度效应的影响,并总结了激光微焊接常见的缺陷及其质量控制方法,介绍了同种金属材料和异种金属材料激光微焊接的重要应用前景。最后,指出了金属材料激光微焊接技术存在的问题,并展望了未来的发展方向。

TiNi形状记忆合金/钛合金异种材料激光焊

由于TiNi合金与钛合金的物理和化学性能差异较大,故其焊接性较差,焊缝区易形成大量的金属间化合物并产生裂纹。为实现上述材料的良好连接、提高接头性能,本文对采用激光焊连接0.2mm厚TiNi形状记忆合金和TC4钛合金异种材料进行了探索。分别采用直接对接焊和手工填丝焊的方法,研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,直接对接焊时焊缝中心产生了纵向裂纹;手工填丝焊则通过合适的焊接工艺,改善了焊缝成形,避免了裂纹的产生。较优的焊接工艺参数为功率百分比18%、脉冲宽度3ms、脉冲频率3Hz;在界面区,Ni与TC4形成的过渡层宽度约为2μm,Ni与TiNi形成的过渡层宽度约为0.5μm。接头最大抗拉强度为332MPa,断裂位置发生在靠近TiNi侧的熔合线附近。

薄片状TiNi合金/不锈钢激光微焊接接头组织特征

采用微型脉冲激光对0.2mm厚的薄片状TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料进行对接焊,研究了接头的微观组织特征。结果表明,以纯Ni丝为填充材料、以微型脉冲激光为热源可以实现TiNi合金/不锈钢异种材料的良好焊接。焊缝中心区为细小的等轴晶组织,主要元素为Ti、Ni、Fe。Ti元素的含量和不锈钢母材基本接近,Ni元素的含量略高于TiNi合金母材,远高于不锈钢母材,但TiNi合金母材一侧基本没有Fe元素。TiNi合金母材与焊缝之间存在明显的界面区,宽度为10～20μm,界面区有从不锈钢母材扩散而来的Fe、Cr元素。不锈钢母材与焊缝之间界面区的宽度较小,表现为界面线。

漆包线微连接技术综述

漆包线的连接问题一直是工业难题之一。传统的连接方法往往无法兼顾多个方面,很难获得较好的综合效益,因此探寻并应用新的工艺方法极为必要。综述了激光微焊接、激光软钎焊、超声热压焊和电阻微连接等几种现行适宜于焊接漆包线的微连接技术,以期能为突破漆包线的连接难题提供一定的理论参考。

0.2mm厚GH4169薄片激光微焊接接头的组织性能

采用精密脉冲激光对厚度为0.2mm的GH4169高温合金进行焊接试验,利用光学显微镜、电子精密拉伸机等分析测试手段,研究了焊接工艺参数对焊缝形貌的影响,并对接头的金相组织与性能进行了测试、分析。结果表明,以氩气为保护气体,在功率12.8W,脉宽2.7ms,脉冲频率5.0Hz的工艺参数下,以激光为热源可成功实现0.2mm厚度GH4169的对接焊,焊缝成形良好、接头抗拉强度高于母材。焊接接头显微组织由焊缝中心区的细小等轴晶和熔合线附近的柱状晶组成,热影响存在晶间析出物导致腐蚀后有类似于裂纹的黑线生成。焊接接头的显微硬度高于母材。

NiTiNb激光焊接接头退火前后的显微组织和力学性能分析

采用Nd:YAG脉冲激光焊机实现了200μm厚的NiTiNb形状记忆合金的激光焊接。焊接接头在850℃进行了退火处理。借助于光学显微镜、扫描电镜、精密拉伸机对接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,未热处理焊接接头的显微组织存在分层现象。熔合区的晶粒外延生长,焊缝中心为细小的等轴晶。焊接接头的抗拉强度为母材的90%。焊接接头断口韧窝小而浅,表现为延性断裂。热处理后焊缝的等轴晶消失,粗晶区和偏析区交替分布。母材和焊接接头都出现了应力诱发马氏体现象,表现为伪弹性。焊接接头的屈服强度仅为母材屈服强度的60%,母材和焊接接头的显微硬度低于热处理前的显微硬度。

GH145薄片脉冲激光微焊接工艺及接头组织性能

采用微型脉冲激光对0.2 mm厚的薄片状GH145高温合金进行对接焊,利用光学显微镜、能谱分析仪、电子精密拉伸机等分析测试方法,研究了焊接工艺参数对焊缝成形及接头抗拉强度的影响,并对接头的金相组织与力学性能进行了测试与分析。结果表明,焊接接头获得最大抗拉强度的最优工艺参数是脉冲功率百分比为17、脉冲宽度为4.0 ms、脉冲频率为2 Hz,此时焊缝成形良好,接头的承载能力达到了母材的97%。在其它工艺参数固定不变时,脉冲宽度增大,焊缝熔深增大,接头抗拉强度也随之增大;脉冲功率百分比过小和过大,都会使接头的抗拉强度降低;焊接接头显微组织由焊缝中心区细小的等轴晶和熔合线附近的柱状晶组成。焊缝区的硬度值明显高于母材区。

AISI304不锈钢箔振镜扫描激光微焊接工艺

振镜扫描激光微焊接是激光微焊接的发展方向。采用基模光纤激光器及振镜系统对厚度为100μm的AISI304不锈钢箔进行平板扫描焊接,对比研究了氩气保护与无气体保护时的激光微焊接工艺,建立了两种条件下激光微焊接的工艺窗口。结果表明:无气体保护时,激光微焊接会产生不稳定过渡区,其产生机理不是热导焊接模式和深熔焊接模式的交替出现,而是氧化导致的深熔焊接过程不稳定;气体保护可以避免不稳定过渡区的产生,并扩大焊接工艺窗口。

铂电极引线与异质多股导线的精密连接技术研究

针对航空传感元器件引脚线和不等直径异种材质多股高温导线的连接中存在的焊点直径不可控、镍基引脚线软化导致的焊点强度低、多股导线不能完全连接、工艺不稳定等技术难题,提出采用激光微焊接技术对铂电阻引线(0.2 mm镍丝或0.2 mm银丝)与导线(0.5 mm镍丝或铜镀银多股高温导线)之间的连接问题开展研究,进行一系列工艺实验。结果表明,采用激光微焊接技术能够实现0.2 mm镍丝与0.5 mm镍丝的良好焊接,接头无气孔、裂纹等缺陷,当激光功率百分比为14%、频率为4 Hz、脉冲宽度为3 ms时,焊接接头的拉剪力最高,可达22.75 N(0.2 mm镍丝母材的85.5%);激光焊接输入能量在2.9 J以下时无法形成可靠焊点,当输入能量增加到3.2 J以上时,焊点尺寸明显过大,细丝大量熔化、甚至焊塌,而且软化严重;激光能量波动、焊接装配等都能明显导致软化的波动,造成接头拉剪力的稳定性较差;预涂钎料将多股线钎焊成一股再进行激光微焊接不适合该种零件的焊接,焊接接头质量不易控制,直径超过要求;采用压方机先对多股高温导线压方,再与0.2 mm镍(银)丝进行激光微焊接,焊接接头的拉剪力较低,拉伸接头断裂于焊缝处。通过上述基础研究,探索了激光微焊接方法用于该类产品连接的可行性,获得焊接工艺可行性、焊接接头的性能数据,有望为改进现有工艺方法、提高焊接接头承载能力提供指导和参考。