Wang等人研究了连续二极管激光器在搭接接头结构下制备的Ti和PET之间的接头性能。拉伸强度与扫描速度成反比，并且在特定范围的激光功率内观察到类似的趋势。对于涉及医疗植入设备生物封装的应用，Mian等人使用有限元分析(FEA)模型预测了二极管激光焊接钛聚酰胺接头的失效载荷，并观察到失效载荷与实验结果一致。Chen等人使用脉冲Nd:YAG激光器将Ti和PET连接起来，并得出结论，通过适当控制激光的波形，即斜坡上升/下降，可以最大限度地减少PET的降解。根据Hall-Petch关系，金属的硬度和强度随着晶粒尺寸的减小而增加。与未受影响的BM中的晶粒相比，再结晶区和细晶粒区中的晶粒更细。此外，在细晶粒区发现了最细的晶粒尺寸。图23(a)和(b)描绘了用Ti焊接的不同材料的UTS和硬度变化。

▲图23?(a)不同激光焊接的不同钛基接头的强度及其相应的焊接区(b)硬度
2.?钛激光焊接难点及主要冶金缺陷
钛及其合金对高温环境中存在的气体极其敏感且易反应。尽管在公开文献中，氩气已被广泛用于提高连接效率和改善Ti及其合金的机械性能。尽管如此，O2、N2和H2等杂质可能会以微量形式存在，从而严重阻碍焊缝和HAZ的完整性。据报道，保护气体成分中痕量0.005%的O2会导致在焊接接头中形成金红石TiO2，表明Ti作为焊接金属的敏感性极高。此外，当组合物中的N2超过0.008%时，会形成TiN。然而，最严重的危险在于氢基孔隙率，随着激光照射导致温度升高，H2的溶解度增加。当在非常高的温度(2000-3500K)下，大气中存在的水分子和新生氢会离解.
焊接缺陷受工艺参数的影响很大。由于没有第二相颗粒、杂质和分散体，因此钛及其合金不易受FZ中的凝固裂纹和HAZ中的液化裂纹的影响，从而导致接头在WZ中无明显裂纹。填充材料和脉冲能量的选择直接影响焊接质量。对于不同接头，控制热过程和扩散过程对于避免结构和微观缺陷至关重要。缺乏熔合和渗透完全取决于应用参数和接头间隙距离，因为随着接头间隙的增加，能量损失会更多。同样，如果采用1毫米的正散焦，激光焊接模式会导致不完全穿透。Nakamura和同行在高速相机和X射线探测器的帮助下，使用10KW激光功率研究了板上珠子的飞溅形成机制。
结果表明，在较低的焊接速度下，在小孔前形成伸长的熔体，较高的流体速度导致飞溅物的喷射(图24(a))。剪切流是由于羽流以亚音速喷射而形成的，该羽流源自锁孔的位置，以引入向上的熔流。因此，飞溅物从钥孔壁喷射出来，这些飞溅物积累形成了细长的熔体。如图24(b)所示，随着焊接速度的增加，在小孔入口侧前拉长的熔融金属比率降低。羽流喷射偏离以减少将拉长熔体返回熔池的剪切力的累积。▲图24?(a)熔池中熔体流动示意图和导致飞溅的细长熔体几何形状(b)焊接速度对飞溅发生位置和尺寸的影响。如果未正确优化焊接条件且没有考虑合适的参数，则会在接头中引入缺陷，严重影响机械性能。

2.1?孔隙率
激光功率不足、脉冲类型和持续时间选择不当会导致穿透不完全，而保护气体使用不当可能会产生空腔、孔隙和孔洞。钥孔壁凸起的阴影效应和钥孔塌陷之前钥孔尖端的快速冷却导致蒸汽压力下降，从而使保护气体被截留。由此产生的对机械性能的不利影响是由于残余应力造成的，而由于未完全渗透造成的内部间隙会导致内部失效。孔隙和空腔作为断裂部位的引发剂，是较高应力集中的首选部位。孔隙的聚集及其形状会影响疲劳性能。
Degidi等人对4级Ti的疲劳测试样品进行了断口分析，并识别出作为应力增强器的多裂纹起始点。虽然在空腔中可以看到疲劳条纹，但裂纹向接头中心扩散，导致焊接区失效。Yu等人还表明，小孔隙作为裂纹萌生点并显著影响焊接Ti6Al-4V的疲劳寿命，但UTS和硬度等机械性能不受影响。激光垂直向底部移动会导致更多的孔隙，但是，可以通过以更高的速度增加功率来减少孔隙。FZ/HAZ界面附近的孔隙是由于小孔的不稳定性和氢在液/固界面的演化而形成的。由于沙漏焊缝根部的向下扫掠前沿，沙漏形焊缝熔池比钉形熔池产生更多的孔隙。最后，部分穿透的熔池中形成孔隙的趋势更高，因为逃逸路径只能从顶部进入。随着凝固速度的增加，增加热输入往往会减少Ti-6Al-4V中的孔隙率，使气体有更多的时间逸出，同时，由于小孔的不稳定性和坍塌，增加速度会增加孔隙率。焊接速度的增加可以有效地减小FZ的宽度，并可能防止向下扫掠的凝固前沿，从而促进气体的滞留。

文章来源：《机械研究与应用》 网址: http://www.jxyjyyy.cn/zonghexinwen/2021/1208/1795.html

上一篇：诺贝尔生理学或医学奖揭晓!研究与你有关!
下一篇：申昊科技：东方证券资管、申万机械等3家机构于