北京工业大学肖荣诗教授、黄婷研究员团队近日在《Science and Technology of Welding and Joining》发表激光压焊铝铜异种金属研究结果（Laser pressure welding of dissimilar aluminium and copper: microstructure and mechanical property. 2022, 27:52-60）。论文第一作者为张景泉博士。

研究团队在激光压力焊接方向开展了一系列工作，主要包括：

1.?激光压力焊接能量汇聚研究

图1?激光压力焊接V型坡口内能量汇聚规律

针对近红外激光焊接高反射率铝、铜等金属材料过程中，激光能量利用率低、焊接效率低等问题，搭建了激光压力焊接试验平台，建立了激光压力焊接能量传输模型，揭示了V型坡口内激光功率密度变化规律。结果表明，高反材料铝或铜组成的V型坡口对光纤激光能量汇聚作用显著，是原始光斑能量密度的数倍，实现材料的熔化（图1）。

2. 激光压力焊接焊缝成形机理研究

图2?铜或铝焊缝横截面形貌及微观组织特征

根据激光熔池凝固结晶规律、晶界分布及织构变化情况，揭示铝、铜在激光压力焊接过程中微观组织演变规律以及焊缝成形性。结果表明，激光能量汇聚作用促使铝、铜在进入压辊压力作用位置前熔化，在经过压辊时，熔融状态的材料将被挤走，而新凝固的组织将在压力作用下发生严重塑性变形，焊缝搭接界面附近不但晶体发生滑移，而且晶面发生转动，形成形变织构，最终达到原子间作用距离，实现连接（图2）。

3.?铝/铜异种金属激光压力焊接焊缝组织和力学性能

图3?铝/铜焊缝力学性能及界面微观组织

在铝/铜异种金属焊接中，脆性金属间化合物的形成会恶化焊缝接头力学性能，成为阻碍异种金属结构的应用和发展最主要的问题。在激光压力焊接过程中，极快的焊接速度会有效抑制金属间化合物的形成，与此同时，只加热或微熔金属表面薄层，同样可以有效地抑制金属间化合物的生长。根据铝/铜异种金属激光压力焊接焊缝成形性以及熔池凝固结晶规律、铜侧反应界面特征，揭示微观组织与力学性能的关系。结果表明，铜侧极薄的界面反应层厚度（＜2 μm）以及在反应界面层中纳米级两相异质层片结构，使焊缝拥有良好的力学性能，剪切强度在110 MPa以上。

相关研究内容发表在Science and Technology of Welding and Joining(2022, 27: 52-60)、Materials Science and Engineering A(2021, 808: )、Optics and Laser Technology(2021, 143: )、Materials Letters(2020, 260: )、焊接学报(2021,?42(4): 20-27)。日本东北大学Yutaka S. Sato教授合作开展了部分研究。

长按扫描下方二维码即刻关注

高功率及超快激光先进制造实验室

智能光子制造研究中心，江苏激光联盟陈长军转载

文章来源：《光子学报》 网址: http://www.gzxbzzs.cn/zonghexinwen/2022/0121/569.html