NiTi合金激光點焊接頭的組織和性能

《NiTi合金激光點焊接頭的組織和性能》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、NiTi合金激光點焊接頭的組織和性能為了進一步拓寬NiTi記憶合金的應用范圍，優(yōu)化NiTi合金產品的加工工藝，降低產品價格，必須研究其焊接性及焊接接頭的性能。目前，對于NiTi記憶合金焊接性的研究，國內外報道的相對較少，僅在電阻點焊、摩擦焊、電子束焊和激光焊等領域進行了初步研究。NiTi合金是一種金屬間化合物，其導熱率低，室溫下為10W/(m·K)[1],電阻大。高溫下Ti對N、O、H的親和力特強，在焊接的過程中NiTi合金很容易吸收這些氣體并在接頭中形成脆性化合物，降低了接頭的力學性能、形狀記憶效應和超彈性。因此，固態(tài)連接

2、方法或連接初期產生液相后又被擠掉的加壓連接方法是連接NiTi記憶合金的最佳方法。但這些方法受到工件形狀和接頭復雜程度及尺寸大小等因素的限制，靈活性不高。從生產實際出發(fā)，熔焊用得最為廣泛。普通的熔化焊接方法焊接NiTi合金時，易在接頭中形成鑄造狀組織且在凝固過程中會析出Ti2Ni、TiNi3等金屬間化合物，使得焊接接頭的組織與母材的組織存在著顯著的差異，這對NiTi合金的力學性能和功能性都有不利的影響。因為NiTi合金的形狀記憶效應和超彈性強烈依賴于合金的化學成分、處理狀態(tài)及晶體取向和織構。所以，普通的焊接方法，如鎢極氬弧焊，

3、焊接NiTi合金很困難。激光焊具有能量密度高、焊縫窄、熱影響區(qū)小、焊接變形小、熔化金屬量少、高溫停留時間短、熔池冷卻速度快、光束方向性好、能進行精密加工等優(yōu)點，成為NiTi合金最有希望的焊接方法。1.NiTi合金絲激光點焊工藝參數(shù)的選擇（1）電流、脈寬的選擇電流的大小其實反映了激光脈沖峰值功率密度的大小。電流越大，脈沖峰值功率密度越大。較大的脈沖峰值功率密度一方面會使材料表面升溫過程加劇，對于給定的脈沖寬度，相應增加了液相金屬的加熱時間，使其達到沸點的可能性增大，汽化幾率增大。同時由于功率密度增大所導致的固體表面直接升華成氣

4、態(tài)（包含直接噴發(fā)、燒蝕）的可能性增大[2]。電流較小時，材料表層溫度達到沸點需經歷數(shù)毫秒，并在表層汽化前，底層可到達熔點，易形成良好的熔融焊接.絲焊接時熱量只沿絲的方向傳播，因此對定位及輸入能量穩(wěn)定性要求較高。光斑能量偏大，金屬絲易出現(xiàn)汽化，焊點區(qū)收縮變細，甚至斷開,而且會造成焊點處合金元素蒸發(fā)，使其成分發(fā)生變化；光斑能量偏小，熔化不充分，無法形成良好的熔融狀態(tài)，易產生焊接缺陷，使接頭性能降低。為了保證細絲在焊接過程中無大量汽化，工件上功率密度應較低，選擇小電流、大脈寬。脈寬越大，焊接可靠性越高。因為在大脈寬時，功率密度較低

5、，較安全。在多數(shù)情況下，應根據熔深要求確定脈寬。按照熱傳導方程，其最大熔深既是光斑功率密度的函數(shù)，也是材料熱力學參數(shù)的函數(shù)[2]，即:I0Xmax=1.2K(Tv-Tm)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）式中I0為工件上的光斑功率密度，Xmax表示所需達到的最大熔深，K為材料的導熱系數(shù)，Tv、Tm分別為材料的熔點和沸點。–（2）工件上光斑尺寸和離焦量的選擇在細絲對焊中，另一個需要考慮的因素是光斑和離焦量的大小。為避免細絲的斷裂，光斑上能量分布要均勻，光斑應覆蓋細絲的整個接頭。脈沖激光焊接時通常需要一定的離焦量

6、。因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上，光斑能量分布相對均勻些，容易獲得合適的功率密度。離焦方式有兩種－正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方的為正離焦；反之為負離焦。從幾何光學理論可知，當正、負離焦量相等時，相應平面的功率密度近似相同。但在這兩種情況下，所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深。工件上光斑面積的變化是由離焦量變化引起的，它可由下式計算[1]：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2.7）式中Sf為焦面面積，F(xiàn)為透鏡的焦距，L為離焦量，S'是離焦后的光斑面積。

7、在細絲對焊中，為避免細絲的斷裂，光斑上的功率密度要低一些，光斑上的能量分布要均勻，選擇小電流、大脈寬。在此情況下，為獲得更大的熔深，應選擇負離焦。（3）保護氣體的選擇Ti在高溫下易吸收N、O、H，使接頭變脆。因此，在焊接時必須采用保護氣體，如氦、氬氣等。其中，使用最多的是高純Ar氣。2NiTi合金絲激光點焊接頭的組織和性能2.1實驗過程本實驗所用的材料為超彈性Ti-50.6at.%Ni的合金絲，它經過鍛造、軋制、旋鍛、多次冷拔，形成直徑為φ0.5mm的細絲，最后經773K真空退火。焊接時采用對接焊的方式，所用焊機為國產500

8、W脈沖激光焊機，最小電流100A，最大頻率100Hz，脈沖寬度0.1~12ms。焊前待焊接端面用酸的混合溶液除去試件表面氧化層，用1000#砂紙磨平，在丙酮溶液中經超聲波清洗除去表面油污，然后放在去離子水中經超聲波清洗后用吹風機吹干。試驗時，通過改變工藝參數(shù)，來獲得最佳焊接質量。點焊示意圖