常见金属材料的激光焊接特性

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常见金属材料的激光焊接特性

激光焊接适用于多种材料的焊接。激光的高功率密度及高焊接速度，使得激光焊缝、热影响区都很小。掌握好一些变化规律，就可以根据对焊缝组织的不同要求来调整焊缝的化学成分，通过控制焊接条件可以获得最佳的焊缝性能。

1.碳钢  

低碳钢和低合金钢都具有较好的焊接性，但是采用激光焊接时，材料的含碳量（碳当量C）不应高于0.25﹪。碳当量计算公式： C=C%+Mn/6%+Ni/15%+Cr/13%+Cu/13%+Mo/4%

对于碳当量超过0.3%的材料，焊接冷裂纹倾向会加大，设计中考虑到焊缝的一定收缩量，有利于降低焊缝和热影响区的残余应力和裂纹倾向。碳当量大于0.3﹪的材料和碳当量小于0.3%的材料在一起焊接时，采用偏置焊缝形式有利于限制马氏体的转变，减少裂纹的产生。材料碳当量超过0.3%时，减小淬火速度也可以减小裂纹倾向。

镀锌钢，因为锌的汽化温度（903℃）比钢的熔点（1535℃）低的多，在焊接过程中锌蒸发，使焊缝产生严重的气孔，因此难采用激光焊接，特别是穿透焊接，现在有实验采用在上下材料间设置0.1mm的间隙，从间隙中放走锌蒸气，但在实际生产中间隙的操作比较困难。

硫和磷含量对焊接裂纹有一定影响，含硫量高于0.04﹪或含磷量高于0.04﹪的钢激光焊接时容易产生裂纹。

表面经过渗碳处理的钢由于其表面的含碳量较高，极易在渗碳层产生凝固裂纹和收拾裂纹，通常不适用激光焊接。

2.不锈钢

奥氏体不锈钢的导热系数只有碳钢的1/3，吸收率比碳钢高。因此，奥氏体不锈钢可获得比普通碳钢深一点的焊接熔深（深5﹪-10﹪）。激光焊接热输入量小、焊接速度高，非常适合于Ni-Cr系列不锈钢的焊接。

马氏体不锈钢的焊接性差，焊接接头通常硬而脆，并有冷裂纹倾向。在焊接含碳量大于0.1﹪的不锈钢时，预热和回火可以降低冷裂纹和脆裂倾向。 铁素体不锈钢，激光焊接通常比其他焊接方法容易焊接。

3.铜、铝及其合金

紫铜对CO2激光的反射率很高，但对Nd：YAG激光的反射率则很低，所以用激光焊接紫铜还是有可能的。另外，可以通过表面处理来提高材料对激光的吸收。

黄铜的不可焊性是因为其中锌的含量超出了激光焊接允许的范围。锌有相对较低的熔点，容易汽化，会导致大量的焊接缺陷如气孔。

由于铝合金的反射较高和导热系数很高。铝合金的激光焊接需要相对较高的能量密度。但是，许多铝合金中含有易挥发的元素，如硅、镁等，焊缝中都有很多气孔。而激光焊接纯铝时不存在以上问题。现阶段一般采用高能量，大脉宽，表面去除氧化，氩气充分保护等措施焊接时，效果可以。另外,现在采用复合焊接的方式焊接铝合金。用8KW的激光功率焊接厚度为12.7mm的铝合金材料，焊透率大约为1.5mm/kW。

4.钛及其合金

钛合金密度小、具有比强度高、耐高温、耐腐蚀等优良性质。钛和钛合金很适合激光焊接，可获得高质量、塑性好的焊接接头。但是钛对氧化很敏感，必须在惰性气氛中进行焊接。所以要特别注意接头的清洁和气体保护问题。钛及钛合金对热裂纹是不敏感的，但是焊接时会在热影响区出现延迟裂纹，氢是引起这种裂纹的主要原因。防止这种裂纹的办法，主要是减少焊接头的氢来源，必要时可进行真空退火处理，以减少焊接接头的含氢量。钛合金激光焊接时，焊接速度一般较高（80～100m/h）,焊透率大约为1mm/kW。

硕之学者

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