铍激光焊接的组织结构及力学性能

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　　人们在实践中已经认识到，铍是一种焊接性极差的材料。其焊接性差主要表现在钎接焊和熔化焊两个方面，其它焊接方法如钎焊、扩散焊等焊接方法相对钎接焊或熔焊要容易一些。目前激光焊接方法已经成为焊接铍的主导技术，焊接方式为钎接焊。在钎接焊过程中，铍母材和填充材料均要熔化，冷凝结晶形成焊缝。由于铍材料的特殊性，焊接涉及的因素较多，必须考虑铍材和填充材料的性能、尺度和前处理条件。铍系脆性材料，为了改善其焊接性，焊接时要加延性相对好的材料(如铝-硅合金)作焊接填充材料，使其冶金反应的优势互补。

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　　在焊接方法及工艺上，必须尽量限制铍的熔化量和防止焊缝受到污染，电子束焊接和激光焊接方法均属于高能束焊接，可以在一定程度上限制铍母材过多的熔化而防止接头质量变坏。由激光束与材料相互作用的热辐射过程，又分为激光热导焊和深熔焊。焊接时不预热，将导致焊接变形量难于控制，在其它因素影响的情况下，激光深熔焊接将导致铍母材和焊缝开裂的几率增大，而且，裂纹扩展的方向无规则,无规则的裂纹难于补焊。采用热导焊焊接铍，由于输给工件的能量较小，焊接熔深较浅，可使焊接成功的概率大为增加。针对激光热导焊的特点，用低功率参数焊接试样，并进行力学性能试验，对断口进行电子显微分析。此外，对并行焊接的金相样品，检测了焊接熔深、显微组织和缺陷。

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　　在力学性能试样设计中，充分考虑两种因素：(1)按国家标准的规定取样，国家标准GB 2651-89“焊接接头拉伸试验方法”中规定了管状试样的具体尺寸和形状。(2)充分考虑到铍材料的脆性特征，设计的试样为易夹持拉伸的试样。焊接的主要参数为：输入功率为1.2kW，焊接速度为700mm/min。保护气体流量在15~20L/min之间变化。填充材料为0.4mm厚的Al-Si合金。铍试样在机加工时的进刀量为0.08~0.12mm。机加工后，铍件经过真空除气处理后再焊接。其参数是真空度为10-2Pa，加热温度为200~400℃，保温时间2h。

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　　经过金相检测发现：(1)焊缝成形良好；(2)焊缝及热影响区域没有贯穿性的焊接微裂纹；(3)焊缝根部区域存在大小不等的缩孔，且大多沿焊缝呈链状分布，几乎沿环缝形成贯通态势，个别缩孔朝焊缝表面生长，离焊缝表面只有0.11mm厚；(4)焊缝的结晶组织大多以细小的枝晶和等轴晶构成。根据金相检验结果得到的面积，计算出焊缝的抗拉强度值为181~252MPa。在焊接试样拉断后，用电子显微镜观察了断口形貌。结果表明，试样的大部分区域断在焊缝中，也有极少区段断在铍母材上。断口属于解理断裂-脆性断裂。个别试样存在较大的气孔缺陷，较大气孔约有f 0.47mm，几乎横贯整个焊缝。

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