70/30铜镍合金板材的自熔光纤激光焊接

摘要：70/30 Cu-Ni铜镍合金具有优异的耐海水腐蚀和防污性能，因此被广泛应用于舰船和近海领域。传统对铜镍合金的焊接采用电弧焊接工艺，即手工金属弧焊（MMA）、气体保护钨极氩弧焊（GTAW 或 TIG）和气体保护金属弧焊（GMAW 或 MIG），但很难获得稳定的

转自：高能束加工技术高能束加工技术及应用

来自加拿大的研究团队X.Cao等人在Materials and Design国际期刊上发表文章Autogenous fiber laser welding of 70/30 Cu-Ni alloy plates。

01论文导读

70/30 Cu-Ni铜镍合金具有优异的耐海水腐蚀和防污性能，因此被广泛应用于舰船和近海领域。传统对铜镍合金的焊接采用电弧焊接工艺，即手工金属弧焊（MMA）、气体保护钨极氩弧焊（GTAW 或 TIG）和气体保护金属弧焊（GMAW 或 MIG），但很难获得稳定的焊接熔池；使用钎焊虽然可以获得稳定的熔池，但是缺陷率很高。此外，铜镍合金在焊接过程中易产生晶间裂纹，即熔合区（FZ）中的凝固裂纹、热影响区中的液化裂纹等。与传统的电弧焊方法相比，激光束焊接是一种相对较优的技术，它的热输入较低，因此残余应力小，热变形小，尺寸精度高；熔合区深而窄，熔合边界几乎平行；焊接速度快，接头设计和前期工作比较简单；可焊接异种材料，具有良好的工艺灵活性和可靠性。由于激光束焊接纯铜极为困难，在铜中添加镍等合金元素可以降低激光反射率、热导率和热扩散率，从而显著改善铜合金的激光焊接性。

02论文概述

本文旨在研究使用5.2 kW光纤激光焊接器对5mm厚的70/30铜镍合金板进行对接结构光纤激光焊接的可行性。特别探讨了自熔光纤激光焊接的可行性。最后对焊接对接接头的微观结构进行了评估。

03图文解析

图 1显示，在-1毫米（即焦点位于工件上表面下方1毫米处）到0毫米（即焦点位于工件上表面）的散焦距离范围内，穿透深度最大。焦点具有最小的光束尺寸和最大的功率密度。将激光束焦点置于工件表面或表面以下，可以增加焊接熔池内部的辐照度，达到最大穿透深度。若焦点位于板材更深处，穿透深度就会减小。为了获得最大穿透深度，后续实验都在-1毫米的散焦距离下进行。

图1. 激光功率为4.0kW、焊接速度为4.0m/min时，散焦距离对穿透深度的影响。

图 2展示了70/30铜镍合金板通过在两种激光功率（4.2kW和5.2kW）、焊接速度为1.0 m/min至2.0 m/min的条件下焊接完全穿透的对接接头结果。在焊接速度低于1.0 m/min时，匙孔不稳定，容易塌陷，导致气孔的形成。因此，设置本研究中最低的焊接速度为1.0 m/min，最高的为2.0m/min。图2(b-c)中，气孔位于熔合区的下部，靠近根部一侧，这表明气孔很可能是由于不稳定的匙孔坍塌而形成的。在较高的激光功率下，气泡可以有更长的时间漂浮并从熔池中逸出，从而导致气孔减少。