金属基复合材料激光诱发反应焊接研究

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　　将激光焊接技术用于碳化硅颗粒增强铝基复合材料的焊接。激光能量诱发复合材料和反应添加物钛之间的相互作用产物形成了复合材料的焊接接头。在一定的焊接条件下该反应产物能够完全阻止有害碳化铝相在焊接区的形成。

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　　给出了金属基复合材料激光诱发反应焊的试验结果，并从理论上对激光诱发反应焊接机理进行了探讨。

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　　用常规的熔化焊焊接金属基复合材料时，由于复合材料的增强体与熔化的基体金属接触时间过长，易加速增强体与基体之间的化学反应，常常导致两者间的严重扩散以及增强体的分解，甚至完全破坏。此外，焊接区常出现较大的气孔，使接头强度有所下降。因此，这些焊接方法不宜用于结构的焊接。其他连接技术如扩散焊、摩擦焊、电子束焊和电阻焊等［1］，尽管已被证明是有效的连接方法，但由于这些方法或需要复杂的专用设备、或要求特殊的接头形式、或对焊件结构要求高等原因，在实际应用中受到很多限制。机械连接常常也是一种有效的方法，然而这种连接因韧性差并易形成应力集中可能导致灾难性破坏。

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　　尽管激光焊接具有总的热输入低、能量密度高、焊接速度高、变形小和热影响区小等许多优点，但当被用于SiC增强铝基复合材料的焊接时，仍存在着强烈的界面反应，形成Al4C3脆性相而使接头性能变差的问题。为了解决这一难题，国内外目前主要采用改变激光参数来减缓界面反应［2,3］，或是选用基体含Si量高(如A356，6061)的铝基复合材料来抑制界面反应［4］，然而这两种方法并不能完全消除增强体(SiC)与基体金属(Al)间的有害反应产物Al4C3。

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　　1试验条件及方法

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　　试验用的材料为2124Al＋20vol%SiCp铝基复合材料，其热处理状态为“固溶处理＋人工时效”，增强体SiC颗粒的平均直径为3μm，其金相组织如图1所示。

　　图1铝基复合材料的金相组织

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　　焊接用的激光器为Nd∶YAG脉冲固体激光器。激光参数为：波长为1.06μm，平均功率小于100W，最大单脉冲能量为20J，脉冲频率为10次／秒，脉宽为2.5ms，发散角＜6mrad，焦点位置在试样表面上。

　　采用的焊接方法为：①不加填料的常规激光焊;②激光诱发反应焊——为了排除其他元素的加入增加反应焊接的复杂性，仅在焊缝中加入纯钛。试件尺寸40mm×10mm×2mm。接头形式为对焊。

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　　基体及焊缝的相结构分析是在日本理学D／MAX-RA转靶X射线衍射仪上进行的，以Cu为靶，石墨为单色器，电压和电流随试样的不同而变化。