上海徐汇铜合金焊接原理

众所周知，铜及其合金是一种非常难以焊接的材料，其原因如下：铜及其合金的传导率比较高，造成熔化困难，因此大量的热需要用来补偿热消散和局部进行高度加热，结果形成热应力和终造成变形等缺陷。溶解的氧容易形成氧化物和气孔。对激光束的吸收率比较低，尤其是激光波长为700nm以上的时候，吸收率不到3%。

激光的动态移动可以具有不同的形状，并且其振荡模式的变化可以促进在焊接工艺过程中实现更好的温度管理，从而导致并不陡峭的热输入和冷却速率以及热温度梯度。因此，激光光束振荡可以通过大化的降低焊接缺陷来提高工艺过程，而不会对焊接后的显微组织产生影响，就不会出现以前Kraetzsch所报道的 Cu/Al异种材料的焊接和Wang等人所报道的进行Al焊接时所产生的情况。

高的旋转直径和旋转频率增加了焊道之间的搭接，导致交互作用时间变短，因此，焊道的穿透能力下降。然而，焊道表面的形态呈现出较少的缺陷，如飞溅和表面空穴。由于焊接工艺不是对称的，这是因为光束旋转的原因造成的，在高速旋转频率的作用下底部存在不饱满。在高的焊接速度下，尽管表面空穴和飞溅减少，但焊接深度显著下降。测试不同的光束运动轨迹后发现，圆形的运动轨迹是效果佳的。

在焊接的熔化化区发现非传统的显微组织特征，这些圆形的条带是由于凝固在光束振动的条件下所形成的。圆形的条带表明激光光束和材料的相互作用的边界相类似。由于光束摆动效应，在相互作用的时间间隔Δt中，激光束接触在熔化区可以接触到同熔池更多的相互作用时间。在每一旋转过程中，它就会发生部分材料熔化和产生圆形的熔化线，从而在选装中凝固形成外延生长的模式。在铜合金的增材制造过程中，会观察到相似的现象，但，实际上，此时的形成归因于Cu2O的存在。

铜为面心立方晶格,具有较多的形变滑移系,室温、高温变形能力很好,退火状态的铜,不经中间退火可压缩85%～ 95%而不产生裂纹。但纯铜在500～ 600℃呈现“中温脆性”。在焊接过程中,易在此温度区间发生裂纹。据研究,“中温脆性”和杂质的性质、含量、分布、固溶度等有关。铜可分为无氧铜和含有少量氧的纯铜。纯铜的导电性能好,常用于导电材料,但是存在Cu2O-Cu的低熔点共晶物,焊接时易出现裂纹。无氧铜又可分为用P、Mn脱氧的脱氧铜和无氧铜,由于其焊接性好,常用于焊接结构。

钢和铜中都含有杂质,在焊接过程中能形成各种=低熔点共晶体和脆性化合物,容易产生偏析。焊接低碳钢和铜、铜合金时,焊缝中易形成FeS (熔点为1 189℃ )、 FeP (熔点为1 050℃ )和(Fe+ FeS)共晶体(共晶温度为985℃ )。再加上铜中的一些低熔点共晶体,这些化合物和低熔点共晶体偏析于晶界,严重地削弱了金属在高温时的晶间结合力,焊缝易产生热裂纹。