纯铜激光-电弧复合焊接工艺研究

摘要

纯铜具有优良的导电导热性能和优良的机械性能，广泛应用于工业领域，但焊接存在相当难度。激光-电弧复合焊接能够通过热源相互作用改善铜对激光的高反射率问题，利用激光高能量密度获得高质量焊接接头，具有重要的研究价值。本文开展了T2纯铜激光-MIG（熔化极惰性气体保护焊）复合焊接工艺研究。主要研究结果如下：
　　激光-电弧相互作用能够大幅度改善纯铜焊缝成形。复合焊接在激光功率为4kW时即可以获得成形良好的焊缝，而激光焊接即使在6kW时仍难以获得稳定焊缝。工艺稳定性增强机理表现为两方面。首先，电弧预热提高了激光吸收率，增大了小孔内部能量密度，降低了其闭合倾向；其次，电弧压力和等离子流力扩大了小孔开口直径，减小了小孔后壁的反冲压力，使小孔后壁保持平滑而不发生凹陷，提高了其稳定性。
　　焊缝组织相对于母材明显粗化，熔化区由垂直于熔合线的粗大柱状晶和位于焊缝中心的等轴晶组成，热影响区表现为粗大的退火孪晶组织。复合焊接接头拉伸性能低于母材，最大抗拉强度与延伸率分别为208.6MPa和26.9％，达到母材的83.9%和81.8%。研究发现当热输入较小时，焊缝内的大直径气孔是接头性能降低的主要原因；随着热输入的增加，气孔率降低，焊缝组织粗化开始成为接头性能降低的主要原因。
　　研究了纯铜焊丝、CuSi3焊丝与CuSn6焊丝对接头力学性能、导电性和耐腐蚀性的影响规律，发现合金元素能够提高接头力学性能和耐腐蚀性，但是降低导电性能。相对来说，CuSn6接头力学性能最好，CuSi3接头耐腐性最佳。

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1 绪论

1.1 前言

1.2 铜及铜合金的焊接特点

1.3 铜及铜合金的焊接研究现状

1.4 激光-电弧复合焊接研究现状

1.5 课题研究意义与主要内容

2 试验平台、材料及研究方法

2.1 试验设备与平台

2.2 试验材料与工艺参数

2.3 电弧电流采集方法

2.4 缺陷检测与组织观测方法

2.5 接头性能检测方法

3 工艺稳定性与焊缝成形特征

3.1 引言

3.2 工艺参数对焊缝成形与工艺稳定性的影响

3.3 工艺参数对焊缝气孔的影响

3.4 工艺稳定性增强机理

3.5 本章小结

4 接头组织与性能研究

4.1 引言

4.2 接头组织特征

4.3 接头力学性能研究

4.4 本章小结

5 焊丝成分对接头组织和性能的影响

5.1 引言

5.2 焊丝成分对接头组织的影响

5.3 焊丝成分对接头性能的影响

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文主要结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

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