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1、Nd∶YAG激光焊接钛的机械性能-->[摘要]目的:探讨激光焊接钛的最佳参数及焊接后的机械性能。方法:在不同的参数条件下激光焊接钛,测试力学性能、显微硬度,做金相学检查及断口扫描电镜分析。结果:激光功率影响焊接区的力学性能,随着激光功率的增加,拉伸负荷、伸长量和显微硬度均增加。结论:选择最佳焊接参数10.5J/P时,激光焊接可取得等同于母材的力学性能。由于钛及钛合金具有极好的生物相容性、耐腐蚀性、优良的理化性能和力学性能,在口腔修复领域的应用日益广泛。早在20世纪50年代就开始用纯钛制作牙种植体,还可用于嵌体、冠、固定桥等的制作[1-2]。钛的化学性质活泼,高温时极易与空气中的氧、氢、氮、碳
2、等元素发生化学反应,使钛材变脆而影响其力学性能,因此传统的氧焰或空气吹管法已无法满足高质量的焊接需要[3]。本文采用国产Nd∶YAG激光器在不同的功率条件下焊接钛,寻求激光焊接钛的最佳参数及焊接后的力学性能,为临床应用提供依据。1材料与方法1.1实验材料采用TA2型工业纯钛(沈阳有色金属加工厂钛分厂),车床加工成直径为3mm,长分别为35mm及70mm的圆柱体。70mm长的用作母材对照,35mm长的用作两两焊接用。在工业磨床(M-BIVK-E日本)测量焊接区显微硬度,加载200g力停留15s。扫描电镜(SEM,JE-OL.JXA-840日本)观察母材及试样的拉断部位。金相显微镜(NikonA
3、FZ-Ⅱ型日本)观察试样焊接后的组织结构。2结果2.1力学性能测试母材及4种不同激光参数下焊接钛试件的拉伸负荷及伸长量见表1。对拉伸试验的结果经单因素方差分析,拉伸负荷与激光照射强度有关,再经多重比较q检验得出10.5J/P激光焊接后的拉伸负荷与母材差异无显著性(P>0.05)。所有焊接后的伸长率明显低于母材(P3讨论在临床上固定义齿的疲劳断裂常发生在最大拉应力区,因而可用拉伸试验判定焊点的强度[4]。激光焊接为不完全焊接,用拉伸负荷代替拉伸强度,用伸长量代替伸长率来反映材料的力学性能。本研究结果表明,随着激光功率的增大,焊接的熔深也增大,焊接面积增大,拉伸负荷增加,最终与母材接近而差异无显
4、著性,这一点与以前的研究相类似[5-7]。与母材相比,焊接后的伸长量均降低,可见焊接后的塑性下降,这是由于焊缝的组织结构变化引起的。激光焊接是连续的脉冲圈状焊接完成的,熔化区重叠,焊接过程中,激光功率设置低,不能产生足够的热量使金属熔化,熔深较浅。过高的激光功率,热输入量过大,会引起试样表面气化、蒸发而形成凹陷。当激光功率为10.5J/P时,获得最大熔深1.0mm及最大拉伸负荷,且试件表面形状完好。硬度测试可用来检测焊接过程中对金属结构的—77—刘红等Nd∶YAG激光焊接钛的机械性能影响,这是因为微观结构的改变会引起硬度的改变。随着激光功率的增加,显微硬度也增加,高于母材,这是由于焊接过程中
5、高温下的钛易与空气中的O、H、N等起反应,生本论文由.51lun,焊缝组织晶粒小,明显细化,可见针状结构,这是由于在短时间内,激光焊接快速加热、快速冷却的特点决定的。激光焊接钛,焊点强度高,热影响区小,迅速简便,选择好最优的照射参数,在口腔修复领域有广阔的应用前景。[-->derjoints[J].JProsthetDent,1984,52:666-672.[5]RoggensackM,H,BoningKater,1993,9:104-107.[6]NeoTK,ChaiJ,GilbertJL,etal.Mechanicalpropertiesoftitaniumconnectors[J].I
6、ntJProsthodont,1996,9:379-393.[7]SjogrenG,AnderssonM,BergmanM.laserindentistry[J].ActaOdontolScand,1998,46:247-253.[8]YamagishiT,ItoM,FujimuraY.MechanicalpropertiesoflaserindentistrybypulsedNd∶YAGlaserappa-ratus[J].JprosthetDent,1998,46:247-243.
