激光焊接機焊接缺陷分析？

發布時間：2015-01-20 | 來源：星鴻藝激光焊接運營部 | 分享：

激光焊接機焊接缺陷分析？
一.氣孔
    (1)氣孔的產生粉末冶金材料深熔激光焊接機焊接的最大缺陷是氣孔的產生。氣孔產生的原因:一方面，由于粉末冶金材料受到燒結和壓制條件的限制，不可能達到熔煉材料一樣的致密性;另一方面，氣孔也是激光焊過程中最常出現的缺陷，由于光致等離子體控制過程中，輔助氣體動壓力對熔池流動以及小孔內氣體的逸出產生影響，它是深熔焊的一個直接結果。氣孔不僅影響外觀質址，更嚴重地削弱了焊縫有效承載面積，產生應力集中.從而降低接頭強度。常見的氣孔形狀有線形、圓形、蜂窩形、條蟲形等。圖5-37和圖5-38所示為焊接試件典型的宏觀結構，兩圖中顯示了焊接金屬中氣孔的位置及氣孔形成的事實。在圖5-37中大多數氣孔位于刀頭一側，這表明氣孔多來源于刀頭。而在圖5-38中很多氣孔位于焊接金屬的根部，這是焊接熔池流動時，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的緣故。高速激光焊接時，很多氣孔封閉在焊接金屬中，特別是集中于根部。
    在粉末燒結過程中，顆較粘結面的形成通常乳化機乳化泵實驗室乳化機乳化機分散機 高剪切乳化機管線式乳化機固液乳化機吸粉乳化機升降乳化機不會導致燒結體的收縮，因而致密化并不標志燒結過程的開始，而只有燒結體的強度增大才是燒結發生的明顯標志。隨著燒結頸長大，總孔隙體積減小，顆粒較間距離縮短，燒結體的致密化過程才真正開始。因此，粉末的等溫燒結過程中，燒結初期順粒間的原始接觸點或面轉變成晶體結合，即通過成核、結品長大等原子過程形成燒結頸，在這一階段中，顆粒內的晶粒不發生變化，顆粒外形也基本未變，整個燒結體不發生收縮，密度增加也極徽

 圖5-37激光焊接機焊縫的表面                                     圖5-38焊縫的斷面
小，但是燒結體的強度和導電性由于顆粒結合面增大而有明顯增加;隨著燒結時間的延長，原子間顆粒結合面的大量遷移使燒結頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續的孔隙網絡;同時，由于晶較長大，晶界越過孔隙移動，而被晶界掃過的地方，孔隙大量消失，燒結體收縮，密度和強度增加是這個階段的主要特征;燒結后期，閉孔隙球化和縮小。當燒結體密度達到90%以后，多數孔隙被完全分隔，閉孔數且大為增加，孔隙形狀趨近球形且不縮小。在這一階段，整個燒結體仍可緩慢收縮，但主要是靠小孔的消失和孔隙數最的減少來實現的。這一階段可以延續很長時間，但是仍殘留少址的隔離小孔隙不能消除。在燒結過程中，還將出現粉末表面氣體或水分的揮發、氧化物的還原和離解、顆拉內應力的消除、金屬的回復和再結晶以及聚品長大等。在粉末冶金材料的激光焊過程中，充滿金屬蒸氣和氣體的小孔不允許熔池中金屬流動造成不規則的小孔形狀，在這種不規則的形狀快速凝固過程中氣孔便產生了。由于焊縫深而窄，冷卻速度又快，焊接過程中產生的氣體不一定有足夠的時間從熔化區中逸出。另外，從熔池中蒸發的金屬燕氣，或由于熔池不穩定保護氣體陷人熔池等也可導致氣孔的產生。對于非穿透焊縫，問題比較嚴重，較易在焊縫的根部出現分散的氣孔，這種情況在電子束焊中也常出現，但是由于激光焊的冷卻速度快，如果出現氣孔，其直徑也比傳統熔焊由的氣孔直徑要小。
激光焊接機怎么控制焊接氣孔？
   由激光焊氣孔產品的原理可知，采用合適的刀頭配方、燒結工藝及激光焊焊接參數是可以控制氣孔的產生的。
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，還有內含的揮發性的填充物，這些都會使其焊接時出現氣孔，嚴重時氣孔連成片成為孔洞，從而大大降低焊縫的強度，影響外觀質量。在試驗中我們發現，加人一定的合金元素能有效地去除氣孔，Mn、Si、Ti、Al等與O親和力強的合金元素在焊接過程中能有效地去除O，減少氣孔和孔洞傾向，顯著提高焊縫的強度。這一方面是因為這些元素與燒結刀頭中的氧元素發生反應，降低了氣孔傾向，增加了焊縫有效承載面積;另一方面是因為在焊縫結晶組織中產生了固溶強化、細化晶粒的結果。優化燒結工藝，提高工件的致密性，減少材料內部孔隙，從而減少吸附氣體，這也是減少氣孔的有效途徑。
2.改進刀頭燒結工藝。刀頭燒結工藝對刀頭性能及隨后的焊接性能都有很大的影響，致密而力學性能較好的刃頭較疏松而力學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渡相、骨架有關，還與缺陷有關。在材料一定時，要使刀頭性能優良，關鍵在于設法消除和減少其內部相結構中的孔隙，這可用增大合成壓力、選擇理想的燒結條件以改善粉末的收編過程、用凈化和細化的粉末等方法來達到目的。
    隨著壓力和燒結沮度的提高，粉末體孔隙由大到小，孔隙數且由多到少,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的粉末穎較間結合力，從而使刀頭的硬度、強度增大，具有較好的力學性能。孔隙的縮小、粉末間的相互擴散、相互作用是需要一定時間的。在試驗中我們發現，保沮時間太短，刀頭很難滿足焊接要求.但保溫時間太長，生產率低，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到理論值的，刀頭內不可避免地存在孔隙。因此，選擇合適的壓力、燒結溫度、保沮時間、粉末混合時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。
    刀頭燒結后，必須經過一系列的后續處理，否則也會影響鋸片的焊接性能。首先，刀頭燒結后必須保證在24h之內焊接，放置時間太長，刀頭就容易吸收空氣中的水分而受潮，同時也容易氧化變質，激光焊接機焊接時容易出現連續氣孔和夾渣現象，從而嚴重影響焊縫外表美觀和焊縫強度;其次，刀頭燒結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，會使刀頭因擺放不好而造成刀頭焊偏、焊縫夾渣等現象;最后，燒結后的刀頭，其弧度與鋸片基體的弧度有一定的差別，同時刀頭焊接部位也可能因燒結而產生了一定程度的氧化，所以必須磨削以去除氧化層，同時使焊接部位的弧度與基體一致，以保證激光焊時不會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.經過近兩年的焊接性試驗研究，星鴻藝研究中心認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，焊接性好的合理條件是:熱輸入應高于0.8kJ/m ,深寬比應大于0.9,焊接金屬處的氣孔率應小于20%。
    激光功率和焊接速度對氣孔的影響很大。研究氣孔數量和激光功率大小的關系表明，隨著激光功率的增加，氣孔數增加。據推側，功率增加使熔化金屬被加熱到很高溫度，產生金屬蒸氣，使熔池中液體金屬變得不穩定產生湍流。通過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
    裂紋是激光焊接機焊接過程中出現的最嚴重的缺陷。導致焊接接頭開裂的主要因素有兩種:冶金因素和力學因素。激光焊的不平衡快速加熱與快速冷卻的特征，使得整個接頭處于復雜的應力狀態，構成了接頭開裂的力學因素;激光焊又是一系列不平衡工藝過程的綜合，在快速冶金凝固過程中，必然會出現成分分布的不均勻及低抗裂性能的淬硬組織等，它們構成了促進裂紋萌生的冶金因素。
   三種主要裂紋:結品裂紋、液化裂紋和類再熱裂紋，焊縫中心區域是液相結晶最晚的部位，焊縫兩側的柱狀晶交匯于此，同時大量低熔點的雜質也堆集于此，形成中心線偏析，從而降低了該處的結合強度，在一定力學條件下，裂紋就產生在這一部位。焊接時，母材熔化后在熔合線處開始結晶凝固成樹枝狀的一次結晶組織。過渡層一側的低熔點組分會偏析富集到枝品晶界處，形成液化薄膜。在收縮應力作用下形成裂紋。由于在三品粒交界處，晶粒間相互滑動在三晶點處產生應力集中，裂紋發展到一定程度便會產生楔型開裂。
  另外，試驗初期用激光束直接對焊胎體材料與鋼基。SEM分析發現，焊縫熔合線處存在裂紋，出現裂紋的主要原因是兩種材料的性質相差較大，即它們的“冶金相容性差”。另外，母材相差懸殊的線脹系數引起不可消除的應力，熔合線處又存在缺陷，最終導致焊縫熔合線處出現裂紋。這也是在刀頭底部待焊處設置過渡層的主要原因。
  減少裂紋缺陷的途徑有兩個方面一是改變焊捧參數，二是根據裂紋的性質合理地改善材料的合金系統，如添加一定的Mn, Mo、w、cr都能有效地防止裂紋，利用變質劑細化焊縫一次結晶組織，對于防止激光焊接機焊縫結晶裂紋也有一定的效果，或者限制有害雜質S, P的含量，Ni含量越高的合金越要注意限制，這是因為Ni與S能形成熔點更低的硫化物及其共晶體的緣故。

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