文摘

在本工作实验试验焊接2.0毫米厚度的镍钛平板进行了使用一个4.5千瓦连续波(CW) Nd: YAG激光。激光输出功率的影响,焊接速度,散焦量和侧吹保护气体流量在形态、焊接深度和宽度和焊缝的质量。与此同时,热输入的影响焊接接头的机械和功能特性进行了研究。结果表明,激光焊接可以更好的在镍钛形成合金。匹配曲线与激光功率和焊接速度影响不同形成的焊接实验,激光焊接提供参考和工程应用镍钛的合金。热输入对极限抗拉强度有明显的影响(ut)和焊接接头的形状记忆行为。

1。介绍

镍钛形状记忆合金(SMA)可以提供最好的功能性质的组合几个形状记忆效应(SME)和pseudoelasticity (PE)应用程序(1]。由于成形性合金低,必须找到合适的加入技术获得设备和组件与复杂的几何图形。只有少数加入镍钛合金焊接技术发表在文献[2- - - - - -5]。近年来激光已成功引入合适的加入对镍钛板技术。特别是,Nd: YAG源适用于焊接低厚度组件由于其精度高、减少热影响区(4]。此外,适当的工艺参数的控制可以确保良好的再现性的结果6]。

引入的影响焊缝的马氏体转变都取决于参考材料的微观结构和焊接工艺参数。在激光焊接技术广泛用于镍钛形状记忆合金(SMA),更深入地理解需要更多的焊接工艺参数,不幸的是,很少有实验数据比较报告在焊接工艺参数(4,6- - - - - -9]。大量的实验焊接工艺参数需要测量概括规律。

本文2.0毫米厚度镍钛平板对接焊测试Nd: YAG激光。本实验研究的目的是探索的可能性与不同的焊接工艺参数,焊接镍钛SMA积累数据库,并扩大激光焊接技术的应用范围。与此同时,其他SMA材料的激光焊接将受益于这个过程规律通过实验获得的。

2。实验的细节

ti - 50.9。%倪表使用了约2毫米厚度在整个调查。床单是由冷轧和热处理连续老化的850°C 30分钟在纯氩气氛。

在焊接之前,任何氧化物层和被污染的表面。特别是,表面焊接与丙酮和乙醇清洗,然后晒干。进行了焊接过程使用一个Nd: YAG激光源(Gsi Lumonics AM356, 4.5千瓦)在连续波(CW)。一种特殊防护设备、铜做的,准备保护焊接区对熔融金属和空气之间的可能的反应,避免材料过热。高纯氩气流可以从顶部,通过熔池,和侧方。焊缝的金相样品制备使用标准的高频机械抛光过程和蚀刻:HNO₃:H₂O溶液的体积比1:3:10。焊缝的显微组织特点是奥林巴斯光学显微镜。

采用参数优化基于我们的实验工作;激光输出功率是不同的1千瓦之间和3.5千瓦,激光束扫描速度0.9米/分钟之间的不同和3 m / min,和方向的侧吹保护气体保护焊是指着相反的方向,和一个地平线35°角平面,流量的侧吹保护气体的5 ~ 25 L / min,和散焦−3 ~ 2毫米。如果焦点高于工件的表面,散焦量是正的;如果下面,散焦量是负的。

实验旨在研究各参数对焊接质量的影响,当其他参数保持不变。使用实验我们可以获得高质量的优化参数全熔透焊接接头。

除了上面的,我们定义了激光输出功率、焊接速度,侧吹保护气体流量,散焦量,盖的宽度,根宽度,焊透,分别。

为了研究热输入的影响焊接接头的机械和功能性质,由单轴应力-应变行为和形状记忆行为进行评估准静态拉伸试验和机械循环,以以下方式进行:(a)应变控制的单轴加载应变率为0.04 /分钟总应变;(b)完成卸载以同样的速度和记录永久应变。

3所示。结果和讨论

3.1。激光输出功率的影响

实验观察表明,焊缝的横截面的形态是不对称的,改变从T形状和V形到X形状与提高激光器的输出功率。可以清楚的看到不同形态图1。

图2表明,深度和宽度增加激光输出功率的增加。更高的输出功率自然预期增加的输入能量对焊缝,从而导致相对大量的融化或蒸发金属(10,11]。通过观察焊缝的横截面,很明显,全熔透焊接发生在1.5 ~ 1.9千瓦的激光输出功率范围,而部分融合发生在1.1 ~ 1.5千瓦的范围和焊接速度为1.5米/分钟。

3.2。焊接速度的影响

实验观察表明,焊缝的横截面形态是不对称的,改变从T形状和V形X形状与激光扫描速度的降低,这改变了激光扫描速度的降低。可以清楚的看到不同形态图3。

图4表示,焊接深度和宽度变化与激光扫描速度。这是指出焊接深度和宽度的增加降低了激光扫描速度。因为对面的焊接速度匹配的热输入,焊接速度的增加意味着输入能量的减少每单位焊缝长度对焊接线,生产少量的混杂在一起融化,最后更薄的焊接深度和窄的宽度(12]。

通过观察焊缝的横截面,全熔透焊接的速度范围内发生1.8 ~ 1.2 m / min,虽然部分融合发生在2.1 ~ 3米/分钟的范围和激光输出功率为1.5千瓦。

3.3。散焦量的影响

实验观察表明,焊缝的横截面形态是不对称的,改变从T形状和X形形状的散焦量变化。可以清楚的看到不同形态图5。

图6表明,焊接深度和宽度随散焦量。功率密度对工件取决于激光的功率密度和工件的表面之间的相对数量和焦点平面。当然,不同的散焦量代表了不同激光功率密度对工件产生的。如图6的散焦量范围下,全熔透发生−2 ~ 3毫米,而部分发生融合2毫米,毫米。焊接宽度增加而减少的散焦量的绝对值。基于激光的传输特点,众所周知,激光点是最小的在焦点平面和功率密度最大。激光光束逐渐分化远离焦点。积极的散焦量,激光光束进入锁孔逐渐分化和诱导减少功率密度和焊接深度,而对于消极的散焦量,激光光束进入锁孔逐渐聚集焦点,征收更高的功率密度比工件的表面,支持更强大的融化和蒸发,促进激光能量的转移更多的深度,从而更深层次的焊接深度。然而,激光点的维数急剧增加,改变激光功率密度的空间分布,从而减少焊接深度。有积极的和消极的散焦量的增加,现货区辐照在焊缝的外观方面增加,诱导的增加熔化金属。

3.4。影响侧吹保护气体流量

实验观察显示不对称的焊缝和反映的影响侧吹保护气体流量对焊缝的形成。根据不同侧吹保护气体流量、不同形态图可以清楚的看到7。

图8表明,焊接深度和宽度变化与不同侧吹保护气体流率。气体流速从左到右是25 L / min, 20 L / min, 15 L / min, 10 L / min, 5 L / min。当气体流速低于5 L / min,焊缝金属的氧化和保护效果不好;超过10 L / min时,焊缝的表面出现了银白色和防护效果很好。与侧吹保护气体流量的增加,焊缝宽度有点缩小和粗糙面和不均匀形成显示。保护效果和焊缝的形成是最好的侧吹保护气体流量是15 ~ 20 L / min。上述注意事项强调,保护气体对焊缝的形成起着重要的作用。另一方面,实验证明气体流率高收益率逐步稳定激光电弧;特别是,他们不会影响显著珠几何和珠深处。

3.5。激光功率和焊接速度对焊缝的形成

图9显示两个主要焊接参数的影响,激光功率和焊接速度,焊接的形成。随着激光功率的增加,焊缝形成的类型从部分融合最后全熔透和塌陷。与一个特定的激光功率不同焊接速度可以导致不同的焊缝的形成。三种类型的焊缝中形成,部分融合在实际应用和塌陷是不受欢迎的。匹配曲线实验获得,可以为激光焊接提供参考和工程应用镍钛的合金。

3.6。热输入对拉伸性能的影响

热输入是直接关系到激光功率、焊接速度和焊接效率。它可以计算出热输入,在那里焊接效率。同样的材料和焊接工艺,效率不会改变。为简单起见,可以假定为常数近似价值1。所以,很明显,如果增加或减少,焊接热输入将会增加。也就是说,热输入的改变可以调整激光功率和焊接速度。为了评估修改引起的焊接材料的应力-应变行为、全熔透的标准进行拉伸试验样品。

表1和图10表明,焊接接头的拉伸性能有一个小的区别与不同热输入。原因可能是焊接接头具有不同的微观结构。当热量高,焊接区域完全融化。颗粒大小均匀,很好。因此,拉伸性能是相对较高的。热输入介质时,谷物在焊接区柱状谷物和表现出较差的力量。当热输入低,属于热传导的融合方法。所以强度比粗柱状颗粒。由于焊缝金属具有典型的铸造结构,其强度和延伸率远低于的贱金属滚。基于上述分析,可以得出结论,热量越大,只要全熔透时,焊接接头的拉伸性能越高。

3.7。热输入对功能性质的影响

图11机械循环显示,高达8%的应力-应变曲线的三个全熔透样本。通过对比应力-应变测量的焊缝,焊缝的永久变形值被记录。的示例3高热量输入的值是1.92%。的样品用中火2输入的值是3.02%。的示例1低热量输入的值是2.42%。应变恢复的趋势,为中小企业和永久变形三个焊接样品表明,高热量输入导致较小的残余变形。原因可能是相同的热量输入对拉伸性能的影响。

4所示。结论

为了获得一个稳定、高效的镍钛激光焊接过程中,焊接参数的影响,包括激光功率、焊接速度、散焦量,气体辅助吹在焊缝成形已考虑。此外,在机械和热输入的影响形状记忆行为的ti - 50.9。%镍合金进行调查。适当的主要焊接参数匹配是实现更好的焊接形成的关键。

周围的散焦量−2 ~ 3毫米水平会导致全熔透厚2毫米磁带镍钛的合金。0 ~ 1毫米的散焦量可以获得最优的形成焊缝。

防护效果和焊缝形成时是最好的侧吹保护气体流量保持在15 ~ 20 L / min。

匹配曲线与激光功率和焊接速度影响不同形成的焊接实验,激光焊接提供参考和工程应用镍钛的合金。的热量输入54.8 ~ 70.4 J / mm可以获得最优的形成焊缝。

全熔透焊接接头,热量越大,越高的拉伸性能和较小的永久变形应变恢复过程。结果显示一个明显的减少焊接材料的极限抗拉强度和断裂伸长的减少。然而,焊接接头的形状记忆行为仍然是可以接受的。

镍钛的激光焊接可以更好地形成合金。在薄SMA材料,以及材料,由传统的焊接方法难以焊接,激光焊接将在未来扮演着重要的角色。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢吉林省级科技部门的财政支持项目(20130101077 jc),吉林省省科学技术厅项目(201205009),和吉林省省级教育部门项目(2010015)。