1029李长河优质高效材料连接技术

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1、优质高效材料连接技术青岛理工大学机械工程学院（266033）李长河摘要：连接技术包括焊接技术、机械连接技术和粘接技术等。焊接又可分为三大类，即熔化焊、固态焊和钎焊。将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔化焊，简称为熔焊（fusionwelding）；焊接温度低于母材金属和填充金属的熔化温度，加压以进行原子相互扩散的焊接工艺方法称为固态焊（solid－statewelding）；采用比母材熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材、填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。使用熔点高于

2、450℃的硬钎料进行的钎焊称为硬钎焊（brazing），而使用熔点低于450℃的软钎料进行的钎焊称为软钎焊（soldering）。从冶金角度看，液相焊接时，基材和填充材料熔化，液相互溶，实现材料间原子结合。固相焊接时，压力使连接表面紧密接触，表面之间充分扩散，实现原子结合。固液相焊接时，待接表面不接触，通过两者之间的毛细间隙中的液相金属在固、液界面扩散，实现原子结合。关键词：熔化焊、固态焊、钎焊、激光焊接、电子束焊接一.激光焊接激光焊接（laser-beamwelding）是指利用聚焦的激光束轰击工件所产生的热量进行焊接的方法。激光是利用原子受激辐射的原理，使

3、工作物质受激而产生一种单色性好、方向性强、亮度高的光束。聚焦后的激光束能量密度极高，可在极短时间内将光能转变为热能。功率密度足够的激光束照射到需要焊接的材料表面，使其局部温度升高直达熔点，被焊材料结合部位熔化成液体，然后冷却凝固，于是两种材料就被熔接在一起。激光焊接可以不用焊剂或填料，直接将两个金属零件焊接起来，被焊接的两部分可以是相同的金属，或是不同的金属，甚至是非金属。对于难熔的金属或是形状特殊的金属薄片、细丝、平板，都能很出色地焊接，很多时候其焊接效果优于其他焊接方法。激光焊接常用的激光源是气体CO2激光器和固体YAG激光器，按激光器输出功率的大小和工作

4、状态，激光焊接可分为脉冲激光焊和连续激光焊接两大类。被聚焦的激光束照射到焊件表面的功率密度一般在104～107W/cm2。其焊接的机理也因功率密度的大小，分为激光热传导焊接和激光深熔焊接。1.激光热传导焊接焊件结合部位被激光照射，金属表面吸收光能而使温度升高，热量按照固体材料的热传导理论向金属内部传播扩散。激光参数不同时，扩散时间、深度也有区别，这与激光脉冲宽度、脉冲能量、重复频率等参数有关。被焊工件结合部位的两部分金属因升温达到熔点而熔化成液体，迅速凝固后，两部分金属熔接焊在一起。激光焊接的效果，所需激光参数大小，与被焊材料的物理特性有很大关系，主要是金属的

5、热导率、熔点、沸点、金属表面状态、涂层、粗糙度、对激光的反射特性等。激光束作用于金属表面的时间在毫秒量级内，激光与金属之间的相互作用，主要是金属对光的反射、吸收。金属吸收光能之后，局部温度升高，同时通过热传导向金属内部扩散。热传导激光焊接，需控制激光功率和功率密度，金属吸收光能后，不产生非线性效应和小孔效应。激光直接穿透深度只在微米量级，金属内部升温靠热传导方式进行。激光功率密度一般在104～105W/cm2量级，使被焊接金属表面既能熔化，又不会汽化，从而使焊件熔接在一起。2.激光深熔焊接与激光热传导焊接相比，激光深熔焊接需要更高的激光功率密度，一般需用连续输

6、出的CO2激光器，激光功率在200～3000W的范围。当激光光斑以功率密度106～107W/cm2的激光束连续照射金属焊缝表面时，由于激光功率热密度足够高，使金属材料迅速熔化、汽化蒸发，并在激光束照射点处形成一个小孔。这个小孔继续吸收激光束的光能，使小孔周围形成一个熔融金属的熔池，热能由熔池向周围传播，激光功率越大，熔池越深，当激光束相对于焊件移动时，小孔的中心也随之移动，并处于相对稳定状态。小孔的移动就形成了焊缝。激光深熔焊接时激光能量是通过小孔吸收而传递给被焊工件的，使激光束的能量传到焊缝深部，随着小孔温度升高，孔内金属汽化，金属蒸气的压力使熔化的金属液体

7、沿小孔壁移动，形成焊缝的过程与热传导型的激光焊接明显不同，在热传导型激光焊接时激光能量只被金属表面吸收，然后通过热传导向材料内部扩散。激光深熔焊接依靠小孔效应，使激光束的光能传向材料深部，激光功率足够大时，小孔深度加大，随着激光束相对于焊件的移动，金属液体凝固形成焊缝，焊缝窄而深，其深宽比可达到12：1。激光深熔焊接的焊接速度与激光功率成正比，熔深与速度成反比，欲使熔接速度增加、熔深加大，就必须选用大功率激光器。为获得高速度、高质量的焊接效果，常用1500～3500W之间的连续CO2激光器进行焊接。3.激光焊接的主要特点有以下几个方面：1）能量密度大，热量集中

8、，焊接时间短，热影响区小，工件变形极小