CN111230298B - 纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法 - Google Patents

纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111230298B
CN111230298B CN202010068615.3A CN202010068615A CN111230298B CN 111230298 B CN111230298 B CN 111230298B CN 202010068615 A CN202010068615 A CN 202010068615A CN 111230298 B CN111230298 B CN 111230298B
Authority
CN
China
Prior art keywords
amorphous alloy
welding
defocusing
laser
pulse width
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010068615.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111230298A (zh
Inventor
李金凤
孙永昊
白海洋
汪卫华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Physics of CAS
Original Assignee
Institute of Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Physics of CAS filed Critical Institute of Physics of CAS
Priority to CN202010068615.3A priority Critical patent/CN111230298B/zh
Publication of CN111230298A publication Critical patent/CN111230298A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111230298B publication Critical patent/CN111230298B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明提供纳秒激光在非晶合金材料焊接中的应用。本发明还提供一种非晶合金材料的焊接方法，包括以下步骤：(1)将非晶合金条带固定，以确保被焊接的条带在焊接时紧密接触；(2)利用纳秒激光焊接，将至少一层非晶合金条带焊接在一起；其中，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为10‑1000mm/s，功率因子为1‑100％；离焦或过焦量为‑5～5mm，激光脉宽为2‑250ns，重复频率为10‑400kHz。本发明的纳秒激光焊接的焊接速度快、加工价格便宜并且可实现高通量加工处理。本发明的焊接方法不需要添加任何辅助焊料，从而使得本发明的方法简单。本发明的方法可通过调节激光工艺参数控制非晶合金焊接接头的结构，使得焊接接头依然保持非晶态。

Description

纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法
技术领域
本发明属于材料领域。具体地，本发明涉及纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法。
背景技术
非晶合金，即非晶态合金，由于具有高强度、高硬度、高弹性和高耐磨性等优异性能而广受关注，目前已经发展出多种成分体系。然而，非晶合金因其特殊的长程无序原子结构，需要用比传统晶态合金更加苛刻的方法来加工，所以限制了该材料的推广和应用。焊接成型是加工合金的一种重要的手段。找到一种适合非晶合金的焊接方法，是解决非晶合金加工成型难题必不可少的一步。传统的激光焊接，在焊接一毫米以上厚度的非晶合金板材上取得了一些成果，但难以保证非晶合金的非晶态，出现了许多具有脆性断裂隐患的小晶体，且无法保证非晶合金高强度的特点。因此，需要开发新的焊接方法，来避免晶化且适用于焊接一毫米以下厚度的非晶合金。
另外，非晶合金在尺寸方面受到严重的限制，是限制非晶合金材料工程应用的致命问题，一直以来受到科学研究的广泛关注，因此需要开发新方法，突破尺寸问题，使非晶合金做大成为现实。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊接速度快、价格便宜且方法简单的焊接非晶合金的方法。同时，本发明的目的还在于提供一种纳秒激光的应用。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一方面，本发明提供一种纳秒激光在非晶合金材料焊接中的应用。
另一方面，本发明提供一种非晶合金材料的焊接方法，包括以下步骤：
(1)将非晶合金条带固定，以确保被焊接的条带在焊接时紧密接触；
(2)利用纳秒激光焊接将至少一层非晶合金条带焊接在一起；
其中，所述纳秒激光焊接非晶合金采用的工艺参数如下：扫描速度为10-1000mm/s，功率因子为1-100％；离焦或过焦量为-5～5mm，激光脉宽为2-250ns，重复频率为10-400kHz。
优选地，在本发明的方法中，所述非晶合金选自铈基、镧基、锆基、钛基和铁基非晶合金中的一种或几种。
优选地，在本发明的方法中，所述非晶合金为铈基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为155-168mm/s，功率因子为10-70％；离焦或过焦量为-5～5mm，激光脉宽为4-6ns，重复频率为200-210kHz。
优选地，在本发明的方法中，所述铈基非晶合金选自Ce65Al10Cu20Co5、Ce60Al20Cu20和Ce70Al10Ni10Cu10非晶合金中的一种或几种。
优选地，在本发明的方法中，所述非晶合金为镧基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为155-165mm/s，功率因子为10-70％；离焦或过焦量为-5～5mm，激光脉宽为4-6ns，重复频率为205-225kHz。
优选地，在本发明的方法中，所述镧基非晶合金选自La55Ni25Al20、La60Ni20Al20和La55Al25Ni10Cu10非晶合金中的一种或几种。
优选地，在本发明的方法中，所述非晶合金为锆基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为150-165mm/s，功率因子为10-80％；离焦或过焦量为-5～5mm，激光脉宽为4-6ns，重复频率为205-250kHz。
优选地，在本发明的方法中，所述锆基非晶合金选自Zr65Cu15Ni10Al10、Zr55Ni5Al10Cu30和Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10非晶合金中的一种或几种。
优选地，在本发明的方法中，所述非晶合金为钛基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为150-165mm/s，功率因子为10-80％；离焦或过焦量为-5～5mm，激光脉宽为4-6ns，重复频率为205-255kHz。
优选地，所述钛基非晶合金选自Ti34Zr11Cu47Ni18、Ti50Ni20Cu25Sn5和Ti45Zr16Bi20Cu10Ni9非晶合金中的一种或几种。
优选地，在本发明的方法中，所述非晶合金为铁基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为160-170mm/s，功率因子为1-100％；离焦或过焦量为-5～5mm，激光脉宽为4-6ns，重复频率为180-205kHz。
优选地，在本发明的方法中，所述铁基非晶合金选自Fe78Si9B13、Fe40Ni40P14B6和Fe56Co7Ni7Zr10B20非晶合金中的一种或几种。
优选地，在本发明的方法中，所述非晶合金为锆基非晶合金与镧基、铈基、钛基或者铁基非晶合金焊接，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为150-165mm/s，功率因子为1-100％；离焦或过焦量为-5～5mm，激光脉宽为4-6ns，重复频率为205-220kHz。
优选地，在本发明的方法中，所述纳秒激光焊接采用对接焊或者搭接焊。
优选地，在本发明的方法中，所述纳秒激光焊接采用螺旋或者环形焊接走位。
优选地，在本发明的方法中，所述步骤(1)中的非晶合金条带固定是通过机械装置或者胶带进行固定。
优选地，在本发明的方法中，所述非晶合金条带固定是通过载玻片和碳胶或铜夹具进行固定。
在本发明的方法中，首先制备非晶合金条带，然后利用纳秒激光对非晶合金条带进行焊接。通过调节激光工艺参数，并采用X射线衍射仪判断焊接接头是否保持非晶态以及利用力学拉伸仪测量焊接接头的拉伸断裂强度，从而得到优化结果。采用本发明的方法焊接得到的接头是完全非晶化的。同时，通过本发明的方法得到的搭接焊接头的最高拉伸强度可达其原始条带的70％，对接焊接头最高拉伸强度可达其原始条带的90％。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的纳秒激光焊接的焊接速度快、加工价格便宜并且可实现高通量加工处理。
(2)本发明的焊接方法不需要添加任何辅助焊料，从而使得本发明的方法简单。
(3)本发明的方法可通过调节激光工艺参数控制非晶合金焊接接头的结构，使得焊接接头依然保持非晶态，保持材料的高强度性能。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为本发明的实施例1中铈基非晶条带的激光焊接成型(莫比乌斯环)照片。
图2a为本发明的实施例1中铈基非晶条带在焊接接头的低倍显微镜图。
图2b为本发明的实施例1中铈基非晶条带在焊接接头的扫描电镜图。
图3为本发明的实施例1中铈基非晶条带在搭接焊接前后的X射线衍射图(呈非晶态特征)。
图4为本发明的实施例1中铈基非晶条带母材和非晶合金条带搭接焊接后应力应变曲线结果图。
图5为本发明的实施例2中铈基非晶条带在40％和50％功率因子下，对接焊后的X射线衍射图(呈非晶态特征)。
图6为本发明的实施例2中铈基非晶条带母材和非晶合金条带对接焊后应力应变曲线结果图。
图7为本发明的实施例7中镧基非晶合金对接焊焊接接头光学显微镜形貌图。
图8为本发明的实施例16中铁基非晶条带的激光焊接成型照片。
图9为本发明的实施例16中铁基非晶合金搭接焊焊接接头光学显微镜形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
实施例1
选用厚度为40微米的Ce65Al10Cu20Co5(按原子百分比)非晶合金条带，将其裁剪成若干长度为30毫米的条带并放入酒精中进行超声清洗，然后固定在一载玻片上。用另一载玻片盖在非晶合金条带上，且将两条非晶合金条带重叠后固定紧密，使激光通过该载玻片对条带进行焊接。焊接采用搭焊方式，无惰性气体保护，且焊接处未添加任何焊料。选用的激光工艺参数为：扫描速度为160mm/s，功率因子为70％；离焦5mm，激光脉宽为6ns，重复频率为210kHz；激光头行走路径为螺旋形，螺旋直径为0.2mm，距离为0.3mm。得到焊接样品后，用X射线衍射仪测量结构状态，用力学拉伸仪进行力学强度测试。图1为本发明的实施例1中铈基非晶条带的激光焊接成型(莫比乌斯环)照片。图1示出了纳秒激光焊接可以使样品保持成型状态。图2为Ce65Al10Cu20Co5条带搭接焊后的焊接接头微观形貌，表示焊接接头无明显缺陷，初步证明焊接效果良好。图3为Ce65Al10Cu20Co5的焊接接头的X射线衍射图。图3示出了焊接后接头结构保持非晶态。图4是铈基非晶合金条带搭接焊接后的拉伸应力应变曲线。图4示出了焊接后焊接接头的强度可以达到母材的70％以上。
实施例2
选用厚度为50微米的Ce65Al10Cu20Co5非晶合金条带，将样品裁剪成长度为50毫米的若干样品。其它步骤同实施例1，但采取的焊接方式为对焊，所选择的激光工艺参数为：扫描速度为162mm/s，功率因子为10％(平均输出功率为3W)；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为205kHz。图5为铈基非晶合金条带对接焊接前后的X射线衍射图。图5示出了对接焊接后接头在结构上保持非晶态。图6是铈基非晶合金条带对接焊后的拉伸应力应变曲线。图6示出了焊接后焊接接头的强度可达到母材的90％以上。
实施例3
选用厚度为20微米的Ce60Al20Cu20非晶合金条带，利用纳秒激光对其进行焊接，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为160mm/s，功率因子为50％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为205kHz。其它步骤同实施例1，焊接后焊接接头保持其非晶状态，测试其拉伸力学强度可达母材的70％以上。
实施例4
选用厚度为60微米的Ce70Al10Ni10Cu10非晶合金条带，利用纳秒激光对其进行焊接，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为155mm/s，功率因子为70％；离焦3mm，激光脉宽为6ns，重复频率为210kHz。其它步骤同实施例1，焊接后焊接接头保持其非晶状态，测试其拉伸力学强度可达母材的70％以上。
实施例5
选用厚度为20微米的Ce65Al10Cu20Co5非晶合金条带，利用纳秒激光对其进行焊接，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为168mm/s，功率因子为40％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为205kHz。其它步骤同实施例2。焊接后焊接接头保持其非晶状态，其拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例6
选用厚度为60微米的Ce65Al10Cu20Co5非晶合金条带，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为160mm/s，功率因子为40％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为210kHz。其它步骤同实施例2。焊接后其拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例7
选用厚度为40微米的La55Ni25Al20非晶合金条带，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为165mm/s，功率因子为60％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为205kHz。其它步骤同实施例2。图7为本非晶合金焊接后得到的光学显微镜形貌图，图7示出来，此焊接接头表面无明显焊接缺陷，初步得到较好的焊接结果。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接接头可保持非晶状态。用条带拉伸仪进行拉伸测试，发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例8
选用厚度为50微米的La60Ni20Al20非晶合金条带，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为155mm/s，功率因子为50％；离焦-5mm，激光脉宽为6ns，重复频率为205kHz。其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接接头可保持非晶状态。用条带拉伸仪进行拉伸测试，发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例9
选用厚度为45微米的La55Al25Ni10Cu10非晶合金条带，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为165mm/s，功率因子为50％；离焦2.5mm，激光脉宽为6ns，重复频率为215kHz。其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接接头可保持非晶状态。用条带拉伸仪进行拉伸测试，发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例10
选用厚度为30微米的Zr65Cu15Ni10Al10非晶合金条带，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为150mm/s，功率因子为80％；离焦2.5mm，激光脉宽为6ns，重复频率为215kHz。其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例11
选用厚度为27微米的Zr55Ni5Al10Cu30非晶合金条带，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为165mm/s，功率因子为50％；离焦量为5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为215kHz。其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例12
选用厚度为30微米的Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10非晶合金条带，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为160mm/s，功率因子为50％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为205kHz。激光头行走路径为环形，圆环直径为0.2mm，距离为0.3mm，其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例13
选用厚度为30微米的Ti34Zr11Cu47Ni18非晶合金时，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为150mm/s，功率因子为20％；离焦2mm，激光脉宽为6ns，重复频率为205kHz。激光头行走路径为环形，圆环直径为0.2mm，距离为0.3mm，其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例14
选用厚度为50微米的Ti50Ni20Cu25Sn5非晶合金时，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为158mm/s，功率因子为70％；离焦2.5mm，激光脉宽为6ns，重复频率为255kHz。激光头行走路径为环形，圆环直径为0.2mm，距离为0.3mm，其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例15
选用厚度为20微米的Ti45Zr16Bi20Cu10Ni9非晶合金时，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为165mm/s，功率因子为60％；离焦-2mm，激光脉宽为4ns，重复频率为225kHz。激光头行走路径为环形，圆环直径为0.2mm，距离为0.3mm，其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例16
选用厚度为25微米的Fe78Si9B13非晶合金条带。所选焊接方式为对接焊，但样品放在铜夹具上，激光直接接触样品，其中所选激光工艺参数为：扫描速度为170mm/s，功率因子为90％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为205kHz。其它步骤同实施例1，最后实现搭接焊。图8为铁基非晶条带焊接成型的圆环状或者莫比乌斯环状。图8示出了焊接结果始终保持不变，焊接效果好。图9为铁基非晶条带光学显微镜图。图9示出了其焊接结果热影响较小。
实施例17
选用厚度为20微米的Fe40Ni40P14B6非晶合金条带。所选焊接方式为对接焊，但样品放在铜夹具上，激光直接接触样品，其中所选激光工艺参数为：扫描速度为175mm/s，功率因子为50％；离焦1mm，激光脉宽为4ns，重复频率为200kHz。其他步骤同实施例1，最后实现搭接焊。
实施例18
选用厚度为20微米的Fe56Co7Ni7Zr10B20非晶合金条带。所选焊接方式为对接焊，但样品放在铜夹具上，激光直接接触样品，其中所选激光工艺参数为：扫描速度为160mm/s，功率因子为50％；离焦2.5mm，激光脉宽为6ns，重复频率为180kHz。其它步骤同实施例1。最后实现搭接焊。
实施例19
选用厚度为20微米的Ce65Al10Cu20Co5非晶合金条带，两样品重叠在一起，且进行2×5mm面积、且多层、多次焊接，利用纳秒激光对其进行焊接，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为160mm/s，功率因子为70％；离焦1mm，激光脉宽为6ns，重复频率为210kHz。其它步骤同实施例2。
实施例20
选用厚度为40微米的La55Ni25Al20非晶合金条带，两样品重叠在一起，且进行2×5mm面积、且多层、多次焊接，利用纳秒激光对其进行焊接，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为160mm/s，功率因子为20％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为205kHz。其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接接头可保持非晶状态。用条带拉伸仪进行拉伸测试，发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例21
选用厚度为30微米的Zr65Cu15Ni10Al10非晶合金条带，两样品重叠在一起，且进行2×5mm面积、且多层、多次焊接，利用纳秒激光对其进行焊接，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为150mm/s，功率因子为60％；离焦2.5mm，激光脉宽为6ns，重复频率为215kHz。其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例22
选用厚度为30微米的Ti34Zr11Cu47Ni18非晶合金条带，两样品重叠在一起，且进行2×5mm面积、且多层、多次焊接，利用纳秒激光对其进行焊接，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为150mm/s，功率因子为40％；离焦2mm，激光脉宽为6ns，重复频率为205kHz。其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
实施例23
选用厚度为25微米的Fe78Si9B13非晶合金条带，两样品重叠在一起，且进行5×5mm面积、且多层、多次焊接，利用纳秒激光对其进行焊接，所选焊接方式为对接焊，但样品放在铜夹具上，激光直接接触样品，其中所选激光工艺参数为：扫描速度为170mm/s，功率因子为10％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为205kHz。其他步骤同实施例1。
实施例24
选用厚度为30微米的Zr65Cu15Ni10Al10非晶合金条带，和厚度为30微米的Ti34Zr11Cu47Ni18非晶合金时，利用纳秒激光对其进行焊接，但样品放在铜夹具上，激光直接接触样品，其中所选激光工艺参数为：扫描速度为158mm/s，功率因子为70％；离焦4mm，激光脉宽为4ns，重复频率为210kHz。其他步骤同实施例1。其焊接结果保持了非晶态，且强度高达母材样品的50％以上。
实施例25
选用厚度为30微米的Zr65Cu15Ni10Al10非晶合金条带，和厚度为50微米的Ti50Ni20Cu25Sn5非晶合金时，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为165mm/s，功率因子为3％；离焦4mm，激光脉宽为6ns，重复频率为205kHz。激光头行走路径为回字形，圆环直径为0.2mm，距离为0.3mm，其它步骤同实施例2。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的50％以上。
实施例26
选用厚度为30微米的Zr65Cu15Ni10Al10非晶合金条带，和选用厚度为20微米的Ti45Zr16Bi20Cu10Ni9非晶合金时，所选择的激光工艺参数如下：扫描速度为150mm/s，功率因子为50％；离焦2.5mm，激光脉宽为4ns，重复频率为220kHz。激光头行走路径为环形，圆环直径为0.2mm，距离为0.3mm，其它步骤同实施例2，但采取对焊方式进行焊接。得到焊接样品后，X射线衍射结果表明焊接焊接接头可保持非晶状态，用条带拉伸仪进行拉伸测试。发现其焊接接头的拉伸力学强度可达到母材的90％以上。
以上实施例表明，纳秒激光焊接非晶条带，既能焊接具有高玻璃化转变温度的非晶合金条带(如铁基非晶合金)，又可以焊接低玻璃化转变温度的非晶合金条带(如铈基非晶条带)，是一种有效的焊接加工方法。因此，此方法可适用于具有任何玻璃化转变温度的非晶合金条带的焊接。

Claims (11)

1.一种非晶合金材料的焊接方法，包括以下步骤：
（1）将非晶合金条带固定，以确保被焊接的条带在焊接时紧密接触；
（2）利用纳秒激光将至少一层非晶合金条带焊接在一起；
其中，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为10-1000 mm/s，功率因子为1-100%；离焦或过焦量为-5~5 mm，激光脉宽为2-250 ns，重复频率为10-400 kHz；
所述非晶合金选自铈基、镧基、锆基、钛基和铁基非晶合金中的一种或几种；
所述铈基非晶合金选自Ce65Al10Cu20Co5、Ce60Al20Cu20和Ce70Al10Ni10Cu10非晶合金中的一种或几种；
所述镧基非晶合金选自La55Ni25Al20、La60Ni20Al20和La55Al25Ni10Cu10非晶合金中的一种或几种；
所述锆基非晶合金选自Zr65Cu15Ni10Al10、Zr55Ni5Al10Cu30和Zr52.5Ti5Cu17.9Ni14.6Al10非晶合金中的一种或几种；
所述钛基非晶合金选自Ti34Zr11Cu47Ni18、Ti50Ni20Cu25Sn5和Ti45Zr16Bi20Cu10Ni9非晶合金中的一种或几种；
所述铁基非晶合金选自Fe78Si9B13、Fe40Ni40P14B6和Fe56Co7Ni7Zr10B20非晶合金中的一种或几种。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述非晶合金为铈基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为155-168 mm/s，功率因子为10-70%；离焦或过焦量为-5~5 mm，激光脉宽为4-6 ns，重复频率为200-210 kHz。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述非晶合金为镧基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为155-165 mm/s，功率因子为10-70%；离焦或过焦量为-5~5 mm，激光脉宽为4-6 ns，重复频率为205-225 kHz。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述非晶合金为锆基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为150-165 mm/s，功率因子为10-80%；离焦或过焦量为-5~5 mm，激光脉宽为4-6 ns，重复频率为205-250 kHz。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述非晶合金为钛基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为150-165 mm/s，功率因子为10-80%；离焦或过焦量为-5~5 mm，激光脉宽为4-6 ns，重复频率为205-255 kHz。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述非晶合金为铁基非晶合金时，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为160-170 mm/s，功率因子为1-100%；离焦或过焦量为-5~5 mm，激光脉宽为4-6 ns，重复频率为180-205 kHz。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述非晶合金为锆基非晶合金与镧基、铈基、钛基或者铁基非晶合金焊接，所述纳秒激光焊接采用的工艺参数如下：扫描速度为150-165mm/s，功率因子为1-100%；离焦或过焦量为-5~5 mm，激光脉宽为4-6 ns，重复频率为205-220 kHz。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳秒激光焊接采用对接焊或者搭接焊。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳秒激光焊接采用螺旋或者环形焊接走位。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤（1）中的非晶合金条带固定是通过机械装置或者胶带进行固定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述非晶合金条带固定是通过载玻片和碳胶或铜夹具进行固定。
CN202010068615.3A 2020-01-21 2020-01-21 纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法 Active CN111230298B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010068615.3A CN111230298B (zh) 2020-01-21 2020-01-21 纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010068615.3A CN111230298B (zh) 2020-01-21 2020-01-21 纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111230298A CN111230298A (zh) 2020-06-05
CN111230298B true CN111230298B (zh) 2023-03-21

Family

ID=70876337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010068615.3A Active CN111230298B (zh) 2020-01-21 2020-01-21 纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111230298B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113798679B (zh) * 2021-10-27 2024-01-05 佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院 一种基于激光微织构的非晶合金功能化表面制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1966203A (zh) * 2006-11-20 2007-05-23 华中科技大学 飞秒激光对非晶合金的无晶化微细加工方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010031180A1 (de) * 2010-07-09 2012-01-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Fügen wenigstens zweier Komponenten durch Laserschweißen
CN102430862B (zh) * 2011-08-04 2015-08-26 比亚迪股份有限公司 一种非晶基材的激光焊接方法
CN103862175B (zh) * 2014-04-03 2016-07-06 东莞帕姆蒂昊宇液态金属有限公司 铜基非晶合金的激光焊接方法
GB201502149D0 (en) * 2015-02-09 2015-03-25 Spi Lasers Uk Ltd Apparatus and method for laser welding
CN105364314B (zh) * 2015-09-15 2017-04-05 南昌航空大学 一种对于FeSiB非晶带材获得非晶接头的焊接方法
CN106181030A (zh) * 2016-07-18 2016-12-07 瑞声光电科技(常州)有限公司 非晶合金的激光焊接方法及应用该焊接方法的振动马达
CN107443017A (zh) * 2017-08-04 2017-12-08 北京航空航天大学 Pd基非晶合金块体的脉冲激光焊接方法及用其方法获得非晶焊接接头
CN110238523B (zh) * 2019-07-10 2021-02-02 广东省科学院中乌焊接研究所 一种非晶合金、其激光焊接方法以及焊接辅助装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1966203A (zh) * 2006-11-20 2007-05-23 华中科技大学 飞秒激光对非晶合金的无晶化微细加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111230298A (zh) 2020-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mathieu et al. Dissimilar material joining using laser (aluminum to steel using zinc-based filler wire)
EP2977139B1 (en) Welding filler material for bonding different kind materials, and method for producing different kind material welded structure
Dharmendra et al. Study on laser welding–brazing of zinc coated steel to aluminum alloy with a zinc based filler
Gatto et al. Plasma Transferred Arc deposition of powdered high performances alloys: process parameters optimisation as a function of alloy and geometrical configuration
Saida et al. Fluxless laser brazing of aluminium alloy to galvanized steel using a tandem beam–dissimilar laser brazing of aluminium alloy and steels
Cao et al. Cold metal transfer joining of aluminum AA6061-T6-to-galvanized boron steel
CN111230298B (zh) 纳秒激光的应用以及非晶合金材料的焊接方法
JPH09170050A (ja) ２相ステンレス溶接鋼管の製造方法
CN112469529B (zh) 异种材料接合结构体的制造方法和异种材料接合结构体
Kumar et al. Micro-welding of stainless steel and copper foils using a nano-second pulsed fiber laser
Kim et al. Evaluation of tensile shear strength for dissimilar spot welds of Al-Si-Mg aluminum alloy and galvanized steel by delta-spot welding process
Saha et al. Effect of polarity and oxide fluxes on weld-bead geometry in activated tungsten inert gas (A-TIG) welding
JP2000291850A (ja) ステンレス鋼配管とその接合方法
US20180117700A1 (en) Method for welding dissimilar metals
Murugan et al. Weldability and fracture behaviour of low carbon steel/aluminium/stainless steel clad sheet with resistance spot welding
JP2020011276A (ja) 異材接合構造体の製造方法及び異材接合構造体
JPH08218137A (ja) レーザー溶接性に優れた銅または銅合金部材
Hirano et al. Microstructure of the interface in magnesium alloy to aluminium alloy dissimilar joints produced by friction stir welding
Shribman et al. MP Welding of dissimilar materials: AM laser powder-bed fusion AlSi10Mg to wrought AA6060-T6
JP2019177408A (ja) 接合構造体およびその製造方法
Takemoto et al. Fluxless joining of aluminium alloy to steel by laser irradiation method
Kumar et al. Laser microwelding of stainless steel and pure aluminum foil
Huda et al. Mechanical properties of aluminum to steel dissimilar spot joints produced by cold metal transfer weld-brazing
JP2009078292A (ja) 金属ガラスと結晶金属との接合法
Sadmai et al. Microstructure and tensile strength of butt joint between AA6063 aluminum alloy and AISI304 stainless steel by friction stir welding

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant