雷射辅助摩擦搅拌焊接

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雷射辅助磨擦搅拌焊接（Laser Assisted Friction Stir Welding, LAFSW）是一项新式改进后的磨擦搅拌焊接（Friction Stir Welding, FSW）技能，此制造技能的成长在近来10年內已趋于成熟。因为在磨擦搅拌焊接进程中，焊接热能乃是借助扭转东西与接合工件间的磨擦而发生的，亦即必要施予较大的事情负荷，是以传统磨擦搅拌焊接体系之設备結构不但繁杂且制造用度亦较昂貴。但是，雷射辅助磨擦搅拌焊接系先采纳雷射能来加热工件，然后再借助焊接探針來举行搅拌动作进而接合工件。是以雷射辅助磨擦搅拌焊接体系可以或许到达装备布局简略单纯且制造用度低廉的优胜性。

本文重要在敘述雷射辅助磨擦搅拌焊接技能对AZ91D镁合金板之开端钻研成果，文中並探討此制造技能的优胜性。

1、传統磨擦搅拌焊接

磨擦搅拌焊接制造是一項至关新的接合制造技能，今朝此专利权乃归属于The Welding Institute[1]，ESAB AB則將其成长成具备贸易用处的制造技能。此項技能陆续衍生出許多常見的磨擦焊接法子，初期重要利用在铝及其合金的接合技能[2]。但是在近来几年，磨擦搅拌焊接制造則已被遍及地利用在其它轻金属及其合金的接合技能[3-7]。

在磨擦搅拌焊接进程中，起首利用強而有力的夾具將欲接合的工件夾持固定在支撐板（backing plate）上，再將具备特别轮廓形状的扭转东西沿着工件欲接合位置挪动。因为质料遭到压力与磨擦热的感化后將会使其发生塑化，是以可借助焊接探針來传送此接合部位所需的热能，进而完成工件的接合。

当铝合金焊件厚度为40 妹妹时，可采纳单边式磨擦搅拌焊接制造，若其焊件厚度为75 妹妹时，則需采纳双边式磨擦搅拌焊接制造[4, 6]。按照钻研指出[3, 4, 6]，当鋁、鎂合金采纳磨擦搅拌焊接制造時，其將比传統熔焊制造有较佳的焊接机能。

磨擦搅拌焊接制造可將熔焊进程中所发生的缝隙缺点予以解除，且母材之合金元素也不会因蒸爆发用而台北機車借款,造成流失現象。别的，其焊道区域的构成主如果因为探針剧烈的搅拌感化，是以將可获致細晶結构且几近不会发生气孔缺点，进而可改良焊件机器性子。

以下所述，磨擦搅拌焊接有許多优胜性：

1. 全部焊接进程至关简略，且不需利用焊条或填料等损耗物。

2. 接头边沿不需前加工处置。

3. 焊接前不需事前断根工件概况的氧化物。

4. 全部进程可采纳主动化的焊接方法，且可采纳全姿勢（all position）的焊接位置。

5. 对铝、镁合金焊件而言，磨擦搅拌焊接可到达高接合強度的机能请求。

6. 磨擦搅拌焊接可以使用于对焊道缝隙敏感性较高的合金质料。

至于磨擦搅拌焊接的错误谬误則包含必要強而有力的夾具來將工件夾持固定在焊接事情台上。别的，因为必要施予较大的事情負荷才能驱策扭转东西举行移举措作，是以焊接探針会发生较高的磨耗率。

在Midling等人[8]所申請的专利范围中，即針對磨擦搅拌焊接制造提出改进設計，此中包含在扭转东西的火线采纳挪动式感到线圈來看成热源，借以供给位于焊接探針下方质料所需的热能。当质料遭到热能感化后將会发生塑化現象，至于焊接探針的重要感化乃在节制预热质料的塑流型态，且可
粉碎存在于工件概况的氧化薄膜。

但是此改进后的磨擦搅拌焊接制造仍存有某些缺失。比方没法操纵感到线圈在特定位置上予以切确加热。所有传导性质料，包括焊接探針与夾持裝置皆会遭到感到线圈中之电流所发生的热能影响而受热。别的，感到电流可能会橫越焊接路径进而构成不良的放电火花。固然操纵感到线圈加热的方法，只能合用于传导性质料，至于其他非金属、非传导性质料則没法合用此加热方法。

2、雷射辅助磨擦搅拌焊接

为了要降服传统磨擦搅拌焊接制造之缺失，遂成长出一套雷射辅助磨擦搅拌焊接系統[9]。此系統結合了工业用处的铣床設备及一套Nd : YAG雷射系統。至于雷射能的重要感化乃在預热工件（位于扭转东西火线的局部区域），如斯將可以使位于扭转东西火线的工件发生塑化現象（如图1所示）。

接着工件就犹如传统磨擦搅拌焊台中搬家,接制造將其予以接合。因为雷射能的高溫感化將会使位于扭转东西火线的工件軟化，是以不必要強而有力的夾具將欲接合的工件夾持固定在焊接事情台上。别的，因为仅需施予較小的事情負荷即能驱策扭转东西举行移举措作，是以可削减焊接探針的磨耗。在此新制造中的雷射能更具备另外一优胜性：即便在高速焊接狀态下，亦不会造成旋轉东西过分的磨損現象。

若將贸易用处的光束把持器与決定雷射功率的高紧密节制器相共同，則可协助操作者正确节制通报至工件的能量巨细。如斯一來，將可有用地节制工件加热的区域及雷射能量通报至工件的总額，以防止焊接探針与夾持裝置遭到雷射光束所发生的热能影响而受热。

3、实行法子与設备

焊接实行系統包括有一套700W之多模态Nd：YAG雷射系統，其波長为1064nm，及一台3hp之传统立式銑床。

实行試片操纵4个23妹妹的螺栓予以固定在銑床机台上。扭转东西为一向径20妹妹的高速钢园柱，其下方則有一向径9 妹妹、長4 妹妹的探針，此探針的重要感化为焊接实行試片。操纵纤芯为800 μm、長度为5 m的阶射率光纤將雷射光束通报至实行試片。雷射光束在扭转东西火线被彻底聚焦成直径1 cm的光点。操纵点焊方法將热电隅接至实行試片概况以校订焊件溫度。雷射功率設定为200W，操纵此能量將实行試片加热至320 ℃摆布。至於扭转东西的转速則为1700rpm，而焊接速率5cm/min。

4、結果与討論

雷射輔助磨擦搅拌技能对4 妹妹厚之AZ91鎂合金板之焊制結果。局部熔透焊道（partial-penetration weld）之橫断面。采纳雷射輔助磨擦搅拌焊接技能可获致无缺点（defect-free）的微細結构。

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