隨著科學技術的不斷發展,許多工業技術上對材料特殊要求,應用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要,所以采用粉末冶金方法制取一部分現代工業上應用的材料尤為必要。
由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優點,在某些領域如汽車、飛機、工具刃具制造業中正在取代傳統的冶鑄材料,隨著粉末冶金材料的日益發展,它與其它零件的連接問題顯得日益突出,釬焊和凸焊一直是粉末冶金材料連接最常用的方法,但由于結合強度低,熱影響區寬,特別不能適合高溫及強度要求高的場合,使粉末冶金材料的應用受到限制。
在八十年代初期,激光焊以其獨特的優點進入粉末冶金材料加工領域。與傳統的焊接方法相比,激光焊具有以下特點:深寬比大,焊縫窄,焊縫結合強度高;熱影響區小,對周圍組織無影響,焊接變形小;可以實現焊接過程自動化,生產效率高。因而在粉末冶金材料加工領域發展較快,典型應用是在金剛石工具制造中。在八十年代初,Mosca就發現CO2激光能很成功的焊接某些P/M材料,當條件選擇得當時,焊縫結合強度較高,熱影響區很窄,還發現激光焊接的結果對燒結條件很敏感:吸熱型氣體不適合作激光焊接材料的燒結氣氛;在氫氣、分解氨和真空中燒結的材料都能成功地應用于激光焊接中[2]。英國的Nimbus金剛石工具公司于1985年底引進激光焊接技術,到目前為止,該公司已投資25萬英磅用于開展這種高新技術方法焊接金剛石扇形塊。在德國,Dr.FritschSondermaschinenGmbh公司已研究出新的全自動激光焊接方法,用于焊接金剛石鉆頭和鋸片,大大地提高了焊接強度。此外,意大利、日本、比利時也有這方面的報道[3][4][5]。
近年來,我國從事這方面的研究工作的單位逐漸增多,如華中理工大學激光加工國家工程研究中心就成功地將激光焊接技術應用于金剛石鋸片和鉆頭的生產中,改變了傳統的燒結和釬焊工藝,使連接部位的強度和高溫強度大大提高[7] 。
激光焊接工藝特點
1 影響焊接質量的主要因素
1.1 材料成份合金元素的含量、種類對焊縫強度、韌性、硬度等力學性能影響很大。燒結低碳鋼、燒結Ni和Cu合金、Co合金在一定條件下,均能成功地進行激光焊接。燒結中碳鋼采取焊前預熱和焊后緩冷的措施也可保證焊接質量,降低裂紋敏感性,圖1表示了中碳鋼預熱和不預熱條件下焊縫區的顯微硬度分布,預熱時硬度降低,接頭韌性增加,因為組織由貝氏體和少量的珠光體代替了針狀馬氏體。
1.2 燒結條件在氫氣、分解氨和真空中燒結的材料均能成功的進行激光焊接,在干凈的還原性氣氛中燒結的材料焊后出現的氣孔、孔洞、夾雜和氧化物較小;此外,合適的燒結溫度、保溫時間、壓力及溫度-壓力曲線也是焊接成功的重要保證。
1.3 孔隙孔隙的數量、形態和分布影響材料的物理性能如熱傳導率、熱膨脹率和淬硬性等,這些物理性能直接影響材料可焊性,使焊接較同成份的冶鑄材料相比難度加大。對于激光焊接零件來講,大量的孔隙會使焊接強度降低甚至焊接過程無法進行。