NiTi形狀記憶合金激光焊接的研究

李 兵

(沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽 110000)

0 引言

激光焊接因其具有精密加工、焊接變形小、焊縫窄等優(yōu)勢，受到行業(yè)人的認(rèn)可和信賴。NiTi形狀記憶合金有吸收較長的光波、超強(qiáng)的抗腐蝕性等優(yōu)勢，是較廣泛應(yīng)用的記憶合金。有研究表明，在NiTi合金進(jìn)行激光焊接的過程中，缺乏對熱傳導(dǎo)效果的合金細(xì)絲的焊接，致使絲與絲之間的焊接、熱傳導(dǎo)效果不佳。因此，本文對NiTi形狀記憶合金激光焊接的現(xiàn)狀、性能進(jìn)行闡述，分析了現(xiàn)階段NiTi形狀記憶合金的應(yīng)用。

1 NiTi形狀記憶合金激光焊接現(xiàn)狀

關(guān)于NiTi合金的研究逐漸增多，但在電激光焊等領(lǐng)域，僅停留在初步階段，目前，NiTi記憶合金的連接方法，主要有He氣保護(hù)鎢極電弧焊方法、摩擦焊、焊后熱、軟纖、精密脈沖電阻對焊法。焊接加工技術(shù)是將新材料的開發(fā)步入實(shí)用化的核心技術(shù)，激光焊接技術(shù)是制造技術(shù)中具有高效精密的焊接技術(shù)?，F(xiàn)階段，激光焊的熔寬以超越以前的12倍，聚焦后的功率密度可高達(dá)107W/cm2，適用于精密焊接[1]。

2 NiTi形狀記憶合金激光焊接的性能

2.1 形狀記憶效應(yīng)

人類在1932年就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)形狀記憶的現(xiàn)象，20年后，合金中的形狀記憶效應(yīng)才逐漸引起眾多學(xué)者的興趣，時間形狀記憶是馬氏體相變的合金所具有特殊性的性能，低溫時的變形，再通過加熱將逆相變恢復(fù)原狀態(tài)的過程。有研究表明，焊接接頭的形狀恢復(fù)率較低，降低了馬氏體的可動性，制約記憶效應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)，權(quán)威報告顯示，通過增加應(yīng)變量，誘導(dǎo)形狀恢復(fù)變化發(fā)現(xiàn)，施加的應(yīng)變量數(shù)值較小時，焊接接頭的形狀記憶可以增加馬氏體的驅(qū)動型，達(dá)到較好的形狀記憶水平。

2.2 耐腐蝕性

焊接過程中，焊縫在進(jìn)行熔化、加熱等處理時，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，通過焊接的工藝參數(shù)降低有害金屬物析出的晶界，阻礙腐蝕的發(fā)生，耐腐蝕性提高，也可通過壓力的作用，發(fā)生馬氏體變化，進(jìn)而從源頭上提高耐腐蝕性。

2.3 力學(xué)性能

2.3.1 單向拉伸

一般來講，從應(yīng)變曲線進(jìn)行分析，NiTi形狀記憶合金的拉伸性能，分為4個階段，在馬氏體相變階段中，變形曲線隨著拉伸中的溫度變化而變化，有研究表明，NiTi形狀記憶合金在該階段中，處于恒定應(yīng)力階段，馬氏體相變可以誘導(dǎo)記憶合金的變形，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度明顯優(yōu)于木材，但延伸效果有待提升，馬氏體含量較低。

2.3.2 超彈性

通過外力的作用，可提升恢復(fù)形狀記憶合金的變形能力，可高達(dá)21%，當(dāng)所加的載荷隨馬氏體變化而變化，可誘導(dǎo)形變的臨界壓力，是評價形狀記憶的指標(biāo)，在實(shí)際具體的應(yīng)用中，需具體考慮外界條件的具體因素。

3 NiTi形狀記憶合金的應(yīng)用

3.1 日常生活的應(yīng)用

因NiTi形狀記憶具有超彈性優(yōu)勢，被應(yīng)用于電話天線(因具有高抗破性)、火災(zāi)閥門的檢查(因復(fù)位到安全狀態(tài))等，在半導(dǎo)體制造業(yè)中，火災(zāi)發(fā)生時，溫度較高時，會自動關(guān)閉閥門，降低危險氣體的進(jìn)入，也可應(yīng)用于化學(xué)、石油等工廠中。

3.2 醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

在醫(yī)學(xué)中，通過NiTi合金的偽彈性特點(diǎn)，形成超彈性絲，較多應(yīng)用在矯形器、血管夾、骨棒連接器中，不但操作簡便，而且可減輕不適感，降低了再次調(diào)整矯形力的缺陷，恢復(fù)快的優(yōu)點(diǎn)，在骨科矯正、固定中，也有較好的應(yīng)用效果[1]。

3.3 工業(yè)應(yīng)用

在工業(yè)中，因其具有形狀記憶的特性，在溫度范圍內(nèi)，形成驅(qū)動力，可作為溫控器的熱敏驅(qū)動元件。操作簡單，其中最主要應(yīng)用于管道連接件，航天太空、直升機(jī)、葉片軌跡遙感器等。在國外太空計劃中，采用形狀記憶合金制成手臂，通過改變機(jī)翼頂部和底部之間的角度，利用太陽溫度將記憶臂恢復(fù)原有狀態(tài)，航天設(shè)備中空間站天線桿的連接、裝配，以及衛(wèi)星中形狀記憶釋放裝置等得到廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)束語

綜上所述，因NiTi形狀記憶合金具有融合性高、腐蝕性能佳的優(yōu)勢，激光焊接中，在日常生活中，利用合金絲應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)上，在太空中進(jìn)行手臂的建造，利用非彈性技術(shù)，因?qū)囟鹊母惺?，自動釋放太陽能電池板；醫(yī)學(xué)中可進(jìn)行模擬人體肌肉、肌腱、牙齒矯正鋼絲、血管支架等。在未來的實(shí)踐中，將智能材料和激光技術(shù)進(jìn)行有效碰撞研究，完善焊接接頭、金屬化合物的析出等方面，在各大領(lǐng)域中有較好的發(fā)展前景。