機(jī)械社區(qū)
標(biāo)題:
鈦合金材料的激光焊接
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作者:
見習(xí)生小王
時(shí)間:
2009-11-13 14:56
標(biāo)題:
鈦合金材料的激光焊接
鈦合金材料的激光焊接試驗(yàn)研究(摘要)
0 ~2 q6 {1 |/ W6 U
鈦合金材料具有比重輕、比強(qiáng)度高、耐蝕等特點(diǎn)
,
但價(jià)格昂貴
,
僅用于些特殊工程構(gòu)件上。目前
,
多采用氬弧焊或等離子弧焊進(jìn)行焊接加工
,
但該
2
種方法均需填充焊接材料
,
由于保護(hù)氣氛、純度及效果的限制
,
帶來接頭含氧量增加
,
強(qiáng)度下降
,
且焊后變形較大。采用激光焊接方法,可以實(shí)現(xiàn)該種材料的精密焊接,達(dá)到焊接質(zhì)量好
,
焊深波動(dòng)和焊接變形小。
- O0 z: t' B" Q, B% f: p5 W
, M7 i0 d! `2 n; R
1.
試驗(yàn)材料——試驗(yàn)材料為
TC4 (T i26A l24V )
。
8 w( |# r* k n: [( q' o# z# t) N
2.
試驗(yàn)條件——激光焊機(jī)為
RS2000
型軸流
CO2
激光加工機(jī)
,
額定輸出功率為
2kW,
光束模式為基模
,
反射鏡聚焦
,
焦距
f=127mm,
最小焦斑直徑為
50.4mm
。
TC4
鈦合金的板厚為
2.0
~
3.5mm,
保護(hù)氣體為高純氦氣。
- Q6 n4 [# \ A/ W d/ C
激光焊接工藝參數(shù)包括
:
0 {- w. o: Z' ]+ K- g9 m. L
1)
激光功率
P,W
;激光器的功率控制面板示出;
# n! H* t. A2 O. H
2)
焊接速度
v,m/s
;由數(shù)控編程確定;
' S1 G1 u) ?# i, E* c, v% {
3)
離焦量△
f,mm
;指光束焦點(diǎn)與工件表面的距離。
. p3 F8 d6 E d! V. }# M- J
, z ]# u/ G1 [/ F7 R# k
3.
試驗(yàn)方法——先進(jìn)行階梯試環(huán)焊接工藝試驗(yàn)
,
粗找工藝參數(shù)
,
并初步確定焊接工藝規(guī)范
;
焊接平板對(duì)接試樣
,
利用
X2
射線探傷儀檢測焊縫內(nèi)部質(zhì)量
,
并進(jìn)行金相組織分析
;
焊接對(duì)接試環(huán)
,
用三坐標(biāo)精密測試儀測量焊件軸向與徑向焊接變形情況。
. C! }- w3 ^+ J( f( z
鈦合金的焊接性取決于它的物理化學(xué)性能。鈦是一種非;顫姷慕饘
,
由于表面形成致密的氧化膜
,
使其在常溫下非常穩(wěn)定。但是在高溫下
,
鈦則有強(qiáng)烈的吸氫、氧、氮的能力;空氣中鈦在
250
℃開始吸氫
, 500
℃開始吸氧
, 600
℃開始吸氮。隨著溫度提高
,
鈦吸收氣體的能力更強(qiáng)。氧、氮都是
A
相穩(wěn)定元素
,
當(dāng)其含量較少時(shí)
,
都作為間隙元素固溶在鈦中
,
使鈦的強(qiáng)度、硬度提高
,
而塑性急劇下降
,
氮的作用比氧更強(qiáng)。此外
,
鈦合金焊接時(shí)容易產(chǎn)生氣孔
,
形成氣孔的主要因素有焊接工藝不正確、保護(hù)氣體的純度不夠以及接頭污染等。
i$ ^2 K6 K. A& B/ ]$ Y
鑒于鈦的高活性,鈦合金焊前應(yīng)對(duì)接頭部位進(jìn)行仔細(xì)清理。清理方法為先用機(jī)械方法去除表面氧化皮
,
然后進(jìn)行酸洗。酸洗液為
2%
~
4%HF+30%
~
40%HNO3+ H2O (
余量
)
。最后用清水沖洗干凈并烘干。臨焊前用丙酮或酒精擦洗。清洗后的焊件必須在
72h
內(nèi)焊完
,
否則需重新清理。
8 d8 |7 Q% O7 s
激光焊接的焊縫成形機(jī)理和焊接效果有截然不同的二種焊接模式
:
熱導(dǎo)焊
和
深熔焊
。在二種焊接模式之間存在一種過渡的不穩(wěn)定焊接過程
,
即存在一個(gè)過渡區(qū)間。因此要獲得良好的焊接質(zhì)量
,
首先根據(jù)使用要求
,
確定選用何種焊接模式
,
然后根據(jù)焊接模式制定合適的焊接參數(shù):主要有激光功率、焊接速度和焦點(diǎn)位置
(
離焦量
) ,
原則上鈦合金激光焊接參數(shù)應(yīng)避開過渡區(qū)間
,
不能接近臨界值。功率越高
,
熔深越大
,
焊接的厚度也越大
,
但過大的激光功率會(huì)使焊縫外觀變壞
,
易產(chǎn)生一波一波的突起和空洞。在功率一定時(shí)
,
焊接速度決定著焊縫單位長度能量輸入即線能量的大小
,
隨著焊接速度增大
,
焊縫線能量降低
,
熔深和熔寬減少
;
焊接速度過大會(huì)使熔深減少
,
甚至斷弧
,
在焊縫表面形成焊珠。焦點(diǎn)位于工件表面時(shí)
,
焊縫余高最大
,
只有焦點(diǎn)位于工件表面下一定距離處時(shí)
,
可獲得最大熔深
,
這個(gè)距離與板厚及所使用的激光功率有關(guān)
;
過分的負(fù)離焦或正離焦均會(huì)使激光深熔焊與熱傳導(dǎo)焊交替出現(xiàn)
,
焊縫成形極不規(guī)則。
9 F) c( A; K F9 a$ s& Z
由于激光焊接具有能量高度集中、焊縫成形好、操作簡單、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)
,
鈦合金的激光焊接已日益普及。目前研究表明
,
如果鈦合金激光焊接模式為穩(wěn)定的熱導(dǎo)焊
,
焊縫成形均勻
,
熔深和熔寬均很小
,
且?guī)缀醣3植蛔;如果為穩(wěn)定的深熔焊
,
焊縫成形也很均勻
,
熔深和熔寬明顯大于熱導(dǎo)焊
,
且在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化。但二種激光焊接模式之間的過渡區(qū)間大小
(
即焦點(diǎn)位置、激光功率、焊接速度的臨界值
)
以及焊縫氣孔的形成機(jī)理、來源、成分等需更深入地研究。
Z, U7 _# u' E; k
3 e$ ^4 D5 e3 _7 K9 S
作者:
見習(xí)生小王
時(shí)間:
2009-11-17 16:27
鈦合金焊件的清潔程度也嚴(yán)重影響其激光焊接質(zhì)量。焊前應(yīng)嚴(yán)格清洗焊件表面, 去除氧化膜、油污、灰塵、銹跡和機(jī)械加工留下的冷卻液,甚至包括人手觸摸的痕跡以保證焊件的清潔, 防止雜質(zhì)對(duì)焊接接頭的污染。
6 N$ [% |- e) ^0 T" R+ a$ v7 a
在高溫(大于250℃) 時(shí),鈦合金有較強(qiáng)的氣體吸收能力。而鈦合金激光焊接時(shí)接頭區(qū)域的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過250℃,所以在沒有保護(hù)措施的情況下,空氣中的有害污染物(氫、氧、氮、碳) 就極易侵入焊接區(qū), 從而造成接頭脆化, 產(chǎn)生氣孔,并大幅度降低材料的綜合機(jī)械性能。因此, 鈦合金激光焊接時(shí)必須采用保護(hù)措施, 通常采用惰性氣體保護(hù), 要合理選用惰性氣體種類及流量,流量過小不能充分保護(hù)焊接區(qū)域, 流量過大, 會(huì)產(chǎn)生紊流現(xiàn)象, 使保護(hù)氣體與空氣混合, 反而造成不良后果。此外, 鈦合金激光焊接時(shí),應(yīng)從三方面對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù), 即熔池、焊縫后部高溫區(qū)和焊縫背面。
- m! e/ q2 O M+ M5 i9 J$ [$ }$ i
鈦合金激光焊接接頭表面質(zhì)量, 可通過焊縫的顏色來判斷接頭被污染的程度。光亮銀白色的焊縫表明沒有污染存在;金色或淺粉色表明焊縫受到了輕微的污染, 這種情況根據(jù)不同的應(yīng)用和性能指標(biāo)要求, 可能被接受也可能被否定;淺藍(lán)色或深藍(lán)色的焊縫說明污染嚴(yán)重, 這樣的焊接接頭在任何場合下都是不合格的。
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