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激光焊接作为一种先进的材料连接技术,在国内得到了普及性的应用。由于铜及其合金的固有特性即对激光有极高的表面反射系数,使得铜及其合金的激光焊接难以实现。本文以激光焊接0.2mm厚的T2紫铜为研究背景,确定了双激光光束复合焊接的技术路线即先采用绿激光对T2紫铜预热至500℃左右,再采用YAG激光实施焊接。
本文对激光焊接设备进行了以下针对性地设计和试验:1)重新设计了脉冲YAG激光器的能量闭环控制光路,使得激光器脉冲间的能量稳定度从原来的±5%提高到±2%。2)自主设计了高脉冲能量输出的脉冲绿光激光器。在不使用Q开关的情况下,得到了单脉冲能量为255.4mJ的绿光输出,倍频效率为5.78%,机器稳定度达±2%。3)自行设计和研制了消色差焊接头。通过调整YAG激光光纤头与YAG激光准直镜前焦点之间的距离,使得YAG激光和绿激光的聚焦光斑“重合”,从而保证了两个波段的激光光束顺利地实施平行光束焊接。通过y-nu光线追踪,确定该距离为-6.541611mm。
本文进行了T2紫铜的激光复合精密焊接试验。经过一系列工艺探索和试验研究,得到了优化工艺参数,实现了T2紫铜的激光焊接。其优化工艺参数为:频率1Hz,加工速度15mm/min,绿光激光器输入电流180A、脉宽2ms,YAG激光器峰值功率6KW、脉宽1ms。
本文对焊接试样焊缝的表面形貌、金相组织、显微硬度等方面进行了质量检测和分析。检测结果表明:在优化工艺参数下,紫铜焊接试样焊缝表面比较光滑,焊缝规整,有效的避免热裂纹和小孔等缺陷出现;焊缝区的某些非金属杂质(如S、(O)、N等)经过了急速熔化凝固后,由于沸点低、气压高而从熔池中逸出,说明激光焊接对金属的焊缝具有净化效应;从焊缝中心至热影响区,再至母材,焊接试样的显微硬度逐渐升高;母材的平均显微硬度为206.8HV0.2,而焊缝的平均显微硬度为134HV0.2,为母材的64.8%,并没有出现严重软化的现象。