随着科技的發展，像鋁合金與鋼、鋁合金與钛合金等異種金屬的連接越來越受到重視,但是采用熔化焊來連接異種金屬非常困難,同時擴散焊的效果也很不理想,主要是因為焊接過程中在界面處會産生較多的脆性金屬間化合物。因此,急需一種高可靠性、高效率的新工藝對異種材料進行高質量的連接。激光滾壓焊正是針對這需求而開發的新型連接工藝。
激光滾壓焊由激光焊與滾壓焊兩種焊接方法複合而成。衆所周知,激光焊屬于熔化焊,焊接異種材料時将在界面處發生液液反應,形成較厚的反應層從而影響接頭強度。滾壓焊是一種固相焊,雖可抑制界面反應層的生成,但為了使材料達到熱塑性狀态需較大的壓力和較高的溫度,尤其在焊接高溫塑性較低的材料時,焊接條件更為苛刻。在激光滾壓焊中,采用高能密度激光束對材料進行加熱,利用滾輪緊随其後對材料施加壓力而形成接合。
采用激光滾壓焊焊接異種材料時,将被焊材料進行搭接,激光束照射在熔點較高的母材一側加熱至兩母材熔點間某一溫度,高熔點的母材在激光照射下并不發生熔化,在熱傳導作用下低熔點的母材卻熔化,所以在接合界面發生的治金反應屬液固反應。這種液固接合機理有益于抑制界面反應層生成,激光滾壓焊适于異種材料焊接。
激光滾壓焊焊接鋁合金與鋼的原理是這樣的：CO2激光器設備附加安裝一平面反射鏡和滾輪。其中,滾輪由不鏽鋼材料制作,并且裝置标有刻度的壓縮彈簧用以施加預定的滾輪壓力。激光束以一定角度經鏡面反射至滾輪前方進行加熱。照射到材料表面上的激光束是散焦的,以增大加熱面積和避免被照射材料熔化。為了防止激光束因折射而在材料内部聚焦并緻使該處熔化,激光束焦點一般調至材料上方。加熱溫度可以通過調整輸出功率、散焦距離(焦點到材料表面距離)以及焊接速度進行控制。
為了便于調節光斑,有研究者對激光滾壓焊設備進行了改造,改造後的激光滾壓焊原理如下圖所示。采用柔性的光纖激光頭以取代原來的平面反射系統,不僅簡化了激光滾壓焊設備,而且光斑調節更加快捷,極大地提高了效率;為了防止金屬在焊接過程中發生氧化,還在改良的設備裡增加了氣體保護系統。
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