【技術電子報】異種金屬焊接 Dissimilar Metal Welding

FLOW-3D應用於異種金屬焊接時,可以觀察下列現象

  • 金屬熔池內的金屬混合現象

  • 熔池的穩定度

  • 金屬融合現象與孔隙問題



異種金屬焊接的挑戰

1. 不是所有的金屬都能夠應用

2. 需要考慮:溶解度、熱膨脹、熔化速率、金屬間化合物、腐蝕性等問題


Investigation of metal mixing in laser keyhole welding of dissimilar metals

Wenkang Huang, Hongliang Wang, Teresa Rinker, Wenda Tan, Investigation of metal mixing in laser keyhole welding of dissimilar metals, Materials & Design, Volume 195, (2020).



問題描述


異種金屬的雷射焊接設定

  • 可能會形成不良的金屬間化合物

  • 希望了解影響金屬混合現象的相關參數




實驗設定


  • 鋁與銅金屬以搭接接頭 (lap joint)的方式擺放

  • 雷射功率大小:668W, 922W, 1170W

  • 掃描速度: 0.2, 0.27, 0.35 m/sec



模型驗證

以下列兩個條件進行實驗及數值模擬比對

  • 668W at 0.2m/sec

  • 1170W at 0.35m/sec


利用 EDS element Mapping 比對銅化合物與數值模擬的結果,呈現相當一致的結果分布。




從數值模型觀察的結果

1. 增加熔池熱通量時,會因為 recoil pressure 與 Marangoni convection 的增加,讓銅的擴散加劇

  • Recoil pressure 會造成 upward flow (熔融金屬往上移動)

  • Marangoni convection 會造成 flow vortices (渦流現象)

2. Keyhole 的波動變化會造成金屬混合不均勻

3. 當熔融區域上方的銅化合物含量超過 50%時,熔融區域容易形成裂痕