激光焊接機(jī)焊接缺陷分析？

發(fā)布時(shí)間：2015-01-20 | 來(lái)源：星鴻藝激光焊接運(yùn)營(yíng)部 | 分享：

激光焊接機(jī)焊接缺陷分析？
一.氣孔
    (1)氣孔的產(chǎn)生粉末冶金材料深熔激光焊接機(jī)焊接的最大缺陷是氣孔的產(chǎn)生。氣孔產(chǎn)生的原因:一方面，由于粉末冶金材料受到燒結(jié)和壓制條件的限制，不可能達(dá)到熔煉材料一樣的致密性;另一方面，氣孔也是激光焊過(guò)程中最常出現(xiàn)的缺陷，由于光致等離子體控制過(guò)程中，輔助氣體動(dòng)壓力對(duì)熔池流動(dòng)以及小孔內(nèi)氣體的逸出產(chǎn)生影響，它是深熔焊的一個(gè)直接結(jié)果。氣孔不僅影響外觀質(zhì)址，更嚴(yán)重地削弱了焊縫有效承載面積，產(chǎn)生應(yīng)力集中.從而降低接頭強(qiáng)度。常見(jiàn)的氣孔形狀有線形、圓形、蜂窩形、條蟲(chóng)形等。圖5-37和圖5-38所示為焊接試件典型的宏觀結(jié)構(gòu)，兩圖中顯示了焊接金屬中氣孔的位置及氣孔形成的事實(shí)。在圖5-37中大多數(shù)氣孔位于刀頭一側(cè)，這表明氣孔多來(lái)源于刀頭。而在圖5-38中很多氣孔位于焊接金屬的根部，這是焊接熔池流動(dòng)時(shí)，浮力與表面張力將金屬溶液自中心往外遷移，但重力使流向相反而逆動(dòng)的緣故。高速激光焊接時(shí)，很多氣孔封閉在焊接金屬中，特別是集中于根部。
    在粉末燒結(jié)過(guò)程中，顆較粘結(jié)面的形成通常乳化機(jī)乳化泵實(shí)驗(yàn)室乳化機(jī)乳化機(jī)分散機(jī) 高剪切乳化機(jī)管線式乳化機(jī)固液乳化機(jī)吸粉乳化機(jī)升降乳化機(jī)不會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)體的收縮，因而致密化并不標(biāo)志燒結(jié)過(guò)程的開(kāi)始，而只有燒結(jié)體的強(qiáng)度增大才是燒結(jié)發(fā)生的明顯標(biāo)志。隨著燒結(jié)頸長(zhǎng)大，總孔隙體積減小，顆粒較間距離縮短，燒結(jié)體的致密化過(guò)程才真正開(kāi)始。因此，粉末的等溫?zé)�結(jié)過(guò)程中，燒結(jié)初期順粒間的原始接觸點(diǎn)或面轉(zhuǎn)變成晶體結(jié)合，即通過(guò)成核、結(jié)品長(zhǎng)大等原子過(guò)程形成燒結(jié)頸，在這一階段中，顆粒內(nèi)的晶粒不發(fā)生變化，顆粒外形也基本未變，整個(gè)燒結(jié)體不發(fā)生收縮，密度增加也極徽

 圖5-37激光焊接機(jī)焊縫的表面                                     圖5-38焊縫的斷面
小，但是燒結(jié)體的強(qiáng)度和導(dǎo)電性由于顆粒結(jié)合面增大而有明顯增加;隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，原子間顆粒結(jié)合面的大量遷移使燒結(jié)頸擴(kuò)大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò);同時(shí)，由于晶較長(zhǎng)大，晶界越過(guò)孔隙移動(dòng)，而被晶界掃過(guò)的地方，孔隙大量消失，燒結(jié)體收縮，密度和強(qiáng)度增加是這個(gè)階段的主要特征;燒結(jié)后期，閉孔隙球化和縮小。當(dāng)燒結(jié)體密度達(dá)到90%以后，多數(shù)孔隙被完全分隔，閉孔數(shù)且大為增加，孔隙形狀趨近球形且不縮小。在這一階段，整個(gè)燒結(jié)體仍可緩慢收縮，但主要是靠小孔的消失和孔隙數(shù)最的減少來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這一階段可以延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，但是仍殘留少址的隔離小孔隙不能消除。在燒結(jié)過(guò)程中，還將出現(xiàn)粉末表面氣體或水分的揮發(fā)、氧化物的還原和離解、顆拉內(nèi)應(yīng)力的消除、金屬的回復(fù)和再結(jié)晶以及聚品長(zhǎng)大等。在粉末冶金材料的激光焊過(guò)程中，充滿金屬蒸氣和氣體的小孔不允許熔池中金屬流動(dòng)造成不規(guī)則的小孔形狀，在這種不規(guī)則的形狀快速凝固過(guò)程中氣孔便產(chǎn)生了。由于焊縫深而窄，冷卻速度又快，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的氣體不一定有足夠的時(shí)間從熔化區(qū)中逸出。另外，從熔池中蒸發(fā)的金屬燕氣，或由于熔池不穩(wěn)定保護(hù)氣體陷人熔池等也可導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。對(duì)于非穿透焊縫，問(wèn)題比較嚴(yán)重，較易在焊縫的根部出現(xiàn)分散的氣孔，這種情況在電子束焊中也常出現(xiàn)，但是由于激光焊的冷卻速度快，如果出現(xiàn)氣孔，其直徑也比傳統(tǒng)熔焊由的氣孔直徑要小。
激光焊接機(jī)怎么控制焊接氣孔？
   由激光焊氣孔產(chǎn)品的原理可知，采用合適的刀頭配方、燒結(jié)工藝及激光焊焊接參數(shù)是可以控制氣孔的產(chǎn)生的。
1.改善刀頭配方。由于刀頭是粉末冶金材料，不可避免地存在孔隙，且極易吸附空氣中的水分，還有內(nèi)含的揮發(fā)性的填充物，這些都會(huì)使其焊接時(shí)出現(xiàn)氣孔，嚴(yán)重時(shí)氣孔連成片成為孔洞，從而大大降低焊縫的強(qiáng)度，影響外觀質(zhì)量。在試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，加人一定的合金元素能有效地去除氣孔，Mn、Si、Ti、Al等與O親和力強(qiáng)的合金元素在焊接過(guò)程中能有效地去除O，減少氣孔和孔洞傾向，顯著提高焊縫的強(qiáng)度。這一方面是因?yàn)檫@些元素與燒結(jié)刀頭中的氧元素發(fā)生反應(yīng)，降低了氣孔傾向，增加了焊縫有效承載面積;另一方面是因?yàn)樵诤缚p結(jié)晶組織中產(chǎn)生了固溶強(qiáng)化、細(xì)化晶粒的結(jié)果。優(yōu)化燒結(jié)工藝，提高工件的致密性，減少材料內(nèi)部孔隙，從而減少吸附氣體，這也是減少氣孔的有效途徑。
2.改進(jìn)刀頭燒結(jié)工藝。刀頭燒結(jié)工藝對(duì)刀頭性能及隨后的焊接性能都有很大的影響，致密而力學(xué)性能較好的刃頭較疏松而力學(xué)性能差的刀頭在相同的條件下有更好的焊接性。刀頭的性能不僅與中間過(guò)渡相、骨架有關(guān)，還與缺陷有關(guān)。在材料一定時(shí)，要使刀頭性能優(yōu)良，關(guān)鍵在于設(shè)法消除和減少其內(nèi)部相結(jié)構(gòu)中的孔隙，這可用增大合成壓力、選擇理想的燒結(jié)條件以改善粉末的收編過(guò)程、用凈化和細(xì)化的粉末等方法來(lái)達(dá)到目的。
    隨著壓力和燒結(jié)沮度的提高，粉末體孔隙由大到小，孔隙數(shù)且由多到少,孔隙由連通孔隙變化到封閉孔隙，刀頭密度增加，粉末穎較間作用面積不斷增大，粉末顆粒較之間不斷咬合形成很強(qiáng)的粉末穎較間結(jié)合力，從而使刀頭的硬度、強(qiáng)度增大，具有較好的力學(xué)性能�？紫兜目s小、粉末間的相互擴(kuò)散、相互作用是需要一定時(shí)間的。在試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，保沮時(shí)間太短，刀頭很難滿足焊接要求.但保溫時(shí)間太長(zhǎng)，生產(chǎn)率低，成本加大。此外，保沮壓力也有很重要的影響。在理論上，保溫壓力越大，刀頭的密度越高.但是受石墨模具的限制.過(guò)大的壓力將使石墨模具的壽命變短甚至扭壞，刀頭的密度是不能達(dá)到理論值的，刀頭內(nèi)不可避免地存在孔隙。因此，選擇合適的壓力、燒結(jié)溫度、保沮時(shí)間、粉末混合時(shí)間等是保證刀頭致密和均勻的重要條件，也是保證有良好焊接性能的前提。
    刀頭燒結(jié)后，必須經(jīng)過(guò)一系列的后續(xù)處理，否則也會(huì)影響鋸片的焊接性能。首先，刀頭燒結(jié)后必須保證在24h之內(nèi)焊接，放置時(shí)間太長(zhǎng)，刀頭就容易吸收空氣中的水分而受潮，同時(shí)也容易氧化變質(zhì)，激光焊接機(jī)焊接時(shí)容易出現(xiàn)連續(xù)氣孔和夾渣現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響焊縫外表美觀和焊縫強(qiáng)度;其次，刀頭燒結(jié)后不可避免地帶有飛邊，焊接前一定要把飛邊清理，否則由于飛邊的存在，會(huì)使刀頭因擺放不好而造成刀頭焊偏、焊縫夾渣等現(xiàn)象;最后，燒結(jié)后的刀頭，其弧度與鋸片基體的弧度有一定的差別，同時(shí)刀頭焊接部位也可能因燒結(jié)而產(chǎn)生了一定程度的氧化，所以必須磨削以去除氧化層，同時(shí)使焊接部位的弧度與基體一致，以保證激光焊時(shí)不會(huì)因弧度不一致而造成漏焊或因夾帶氧化物而形成夾渣或氣孔等。
3.經(jīng)過(guò)近兩年的焊接性試驗(yàn)研究，星鴻藝研究中心認(rèn)為影響焊接性的主要因素是氣孔率、熱愉人大小和未焊透的情況，焊接性好的合理?xiàng)l件是:熱輸入應(yīng)高于0.8kJ/m ,深寬比應(yīng)大于0.9,焊接金屬處的氣孔率應(yīng)小于20%。
    激光功率和焊接速度對(duì)氣孔的影響很大。研究氣孔數(shù)量和激光功率大小的關(guān)系表明，隨著激光功率的增加，氣孔數(shù)增加。據(jù)推側(cè)，功率增加使熔化金屬被加熱到很高溫度，產(chǎn)生金屬蒸氣，使熔池中液體金屬變得不穩(wěn)定產(chǎn)生湍流。通過(guò)降低激光功率提高焊接速度可減少金屬蒸氣的形成，從而抑制氣孔的形成。
二.裂紋
    裂紋是激光焊接機(jī)焊接過(guò)程中出現(xiàn)的最嚴(yán)重的缺陷。導(dǎo)致焊接接頭開(kāi)裂的主要因素有兩種:冶金因素和力學(xué)因素。激光焊的不平衡快速加熱與快速冷卻的特征，使得整個(gè)接頭處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，構(gòu)成了接頭開(kāi)裂的力學(xué)因素;激光焊又是一系列不平衡工藝過(guò)程的綜合，在快速冶金凝固過(guò)程中，必然會(huì)出現(xiàn)成分分布的不均勻及低抗裂性能的淬硬組織等，它們構(gòu)成了促進(jìn)裂紋萌生的冶金因素。
   三種主要裂紋:結(jié)品裂紋、液化裂紋和類(lèi)再熱裂紋，焊縫中心區(qū)域是液相結(jié)晶最晚的部位，焊縫兩側(cè)的柱狀晶交匯于此，同時(shí)大量低熔點(diǎn)的雜質(zhì)也堆集于此，形成中心線偏析，從而降低了該處的結(jié)合強(qiáng)度，在一定力學(xué)條件下，裂紋就產(chǎn)生在這一部位。焊接時(shí)，母材熔化后在熔合線處開(kāi)始結(jié)晶凝固成樹(shù)枝狀的一次結(jié)晶組織。過(guò)渡層一側(cè)的低熔點(diǎn)組分會(huì)偏析富集到枝品晶界處，形成液化薄膜。在收縮應(yīng)力作用下形成裂紋。由于在三品粒交界處，晶粒間相互滑動(dòng)在三晶點(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中，裂紋發(fā)展到一定程度便會(huì)產(chǎn)生楔型開(kāi)裂。
  另外，試驗(yàn)初期用激光束直接對(duì)焊胎體材料與鋼基。SEM分析發(fā)現(xiàn)，焊縫熔合線處存在裂紋，出現(xiàn)裂紋的主要原因是兩種材料的性質(zhì)相差較大，即它們的“冶金相容性差”。另外，母材相差懸殊的線脹系數(shù)引起不可消除的應(yīng)力，熔合線處又存在缺陷，最終導(dǎo)致焊縫熔合線處出現(xiàn)裂紋。這也是在刀頭底部待焊處設(shè)置過(guò)渡層的主要原因。
  減少裂紋缺陷的途徑有兩個(gè)方面一是改變焊捧參數(shù)，二是根據(jù)裂紋的性質(zhì)合理地改善材料的合金系統(tǒng)，如添加一定的Mn, Mo、w、cr都能有效地防止裂紋，利用變質(zhì)劑細(xì)化焊縫一次結(jié)晶組織，對(duì)于防止激光焊接機(jī)焊縫結(jié)晶裂紋也有一定的效果，或者限制有害雜質(zhì)S, P的含量，Ni含量越高的合金越要注意限制，這是因?yàn)镹i與S能形成熔點(diǎn)更低的硫化物及其共晶體的緣故。

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