异种金属接头的成败,取决于金属间化合物的厚度

用激光连接异种金属,与其说是焊接问题,不如说是一个附带了热源的冶金问题。当铝遇到钢、或铜遇到铝时,两种元素会在界面处生成金属间化合物。这些化合物硬而脆,一旦厚度超过几微米,一个外观良好的接头就会变成毫无征兆突然失效的接头。

厚度是时间的函数

金属间化合物的长大遵循扩散动力学:该层厚度随高于某阈值温度的停留时间而增加。其实际含义是,一个极短、极强的热循环所产生的化合物层,比一个更长、更温和但总能量相同的热循环更薄。

这与从弧焊带来的直觉正好相反——在弧焊里,慢一点、热一点往往意味着更可靠。在这里,只要仍能实现熔合,更快在冶金上就是更好。

由此衍生的技术

脉冲整形。 调整脉冲的时间波形,在实现熔化的同时限制高温停留时间,这正是脉冲与调制光源频繁出现在异种连接中的原因。

光束偏置。 把光束略微对准熔点较高的一侧,让另一侧靠热传导熔化,从而限制混合,也就限制了化合物生成。