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GH3030高温合金激光焊接是什么?

1高温合金的激光焊接

激光焊接是一种利用高能量密度激光束作为热源的高效精密焊接方法。随着航空航天、微电子、医疗和核工业的快速发展,对材料性能的要求越来越高,传统的焊接方法难以满足要求,因此激光焊接得到越来越广泛的应用。激光焊接具有能量密度高、熔深大、精度高、适应性强、无需真空装置、热输入小、热影响区小、焊缝深宽比大、焊后变形小、表面光滑、可自冷淬火等特点。非常适合焊接高温合金。

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2激光焊接机制

激光焊接的原理是光子轰击金属表面形成蒸汽,蒸发的金属可以阻止剩余的能量被金属反射。如果要焊接的金属具有良好的导热性,它将获得更大的熔深。激光在材料表面的反射、透射和吸收,本质上是光波电磁场与材料相互作用的结果。当激光进入材料时,材料中的带电粒子按照光波的电矢量的步调振动,这样光子的辐射能就变成了电子的动能。吸收激光后,首先产生一些粒子的过剩能量,如自由电子的动能、束缚电子的激发能或过剩声子。这些原始激发能经过一定的过程转化为热能。

根据激光输出能量的方式不同,激光焊接可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接。根据激光聚焦后作用在工件上的激光光斑的功率密度不同,激光焊接可分为热传导焊接和深穿透焊接(小孔焊接)。用于热传导和焊接的激光光斑功率密度小于10瓦/厘米?激光将金属表面加热到熔点和沸点之间。焊接时,金属材料表面将吸收的激光能量转化为热能,即金属表面温度升高熔化,然后通过热传导将能量传递到金属内部,使熔化区域逐渐扩大,凝固后形成焊点或焊缝。在这种焊接模式下,熔化深度低,深宽比小。主要用于焊接薄而小的工件。

深层焊接,当激光光斑上的功率密度足够大(^106W/cm2)时,金属在激光的照射下被迅速加热,其表面温度在极端时间内上升到沸点,使金属熔化汽化,在液态金属中形成充满金属蒸气的细长孔洞进行焊接。当孔形成时,激光束进入孔中。通过菲涅尔吸收机制,孔洞相当于一个吸光黑体,大大增加了材料对激光能量的吸收率,从而焊缝熔深大。热毛细作用大大加速了小孔顶部的热流,导致焊缝顶部变宽,称为深熔激光焊接。

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3合金高温激光焊接中的熔池行为

在激光深熔焊接中,熔池中小孔的深度和形状与等离子体状态密切相关。如果等离子体控制不好,等离子体状态(包括电子密度、等离子体长度和扩散角)的波动会导致火焰池中小孔深度和形状的波动。由于孔洞深度和形状的波动(即孔洞形状的扩大或缩小),保护气体和金属蒸气会在孔洞底部形成气泡,然后气泡会上浮,随着熔池的快速凝固,以气孔的形式停留在焊接熔池底部(第一种气孔)。在激光深熔焊接中,随着激光功率密度的增加,熔池的小孔会变得不稳定,因此焊缝中的气孔会急剧增加。焊接熔池的不稳定是气孔形成的主要原因。

与常规焊接相比,激光焊接具有以下优点,因为其焊接速度快,熔池冷却快。(1)焊接熔池的液固边界存在较大的温度梯度;(2)焊接熔池在快速凝固下结晶,结晶方向与焊接熔池的流动方向密切相关;(3)焊接区的热影响区小。

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