不銹鋼與黃銅異種金屬雷射銲接性質之研究

Abstract

本研究以不同的Nd：YAG雷射銲接參數及特別設計的夾治具，對0.3mm厚度之不銹鋼與黃銅薄板實施不加填料金屬對接實驗，進行此兩種材料銲接性能之研究，探討Nd：YAG雷射銲接對銲道之機械性質與顯微組織之影響。 由於黃銅中鋅為低熔點金屬，在進行雷射銲接時，無法避免鋅汽化蒸發所造成之噴爆現象(gas expulsion)，形成銲接缺陷。因此，設法降低鋅的噴爆現象以及銅的熱傳導率與反射率對雷射銲接之影響，為本項銲接實驗成功之關鍵。經多次實驗發現，提高脈衝寬度能有效改善鋅的噴爆現象並達到黃銅BOP貫穿滲透的目的。 在黃銅對接實驗中，以雷射波形為漸升波，配合脈衝寬度20ms、脈衝頻率2Hz及2cm/min的銲接速度，可得到黃銅對接最高之平均抗拉強度254MPa。不銹鋼與黃銅對接實驗中，以雷射波形為漸升波，配合脈衝寬度2ms、脈衝頻率6Hz及6cm/min的銲接速度，可得到異種金屬對接最高之平均抗拉強度282MPa。 不銹鋼與黃銅對接銲道，明顯偏向不銹鋼側，研判原因為不銹鋼易吸收雷射光能量，以及黃銅之熱傳導率及反射率皆高，使黃銅不易受熱熔化而形成此現象。顯微組織呈現出不銹鋼與黃銅未能充分融合，並在熔融交界處呈現兩種母材成份交織的現象，加上銅的熔點較低容易於沃斯田鐵晶界產生液相薄膜，在適當應力下容易貫穿晶界形成沿晶破裂，故不銹鋼與黃銅對接銲道之強度，大部份比黃銅母材低，因此不銹鋼與黃銅異種金屬對接，較適合用於強度要求不高之銲件。