为了优化非晶合金与晶体金属的激光焊接工艺, 运用最大平均功率300 W脉冲红外激光焊接锆基非晶合金Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10与440、304、17-4PH不锈钢。采用材料分析手段和力学测试方法对实验焊接接头的材料微观组织、成分组成以及力学性能进行了表征, 取得了合适的激光偏移量焊接工艺参数、焊接接头微观组织特性数据及其力学性能数据。结果表明, 激光焦点往不锈钢侧偏移0.2 mm~0.3 mm可以使焊接熔化均匀并有效提高抗弯强度, 通过合适的焊接工艺使非晶合金与17-4PH接头抗弯强度达339 MPa; 非晶合金与3种不锈钢的激光焊接接头主要分为熔化混合区与热影响区, 熔化混合区中发现了呈树枝状与颗粒状的结晶组织, 焊后通过低温退火可使抗弯强度提升14%~48%。此研究结果对扩大锆基非晶合金在各个领域的应用具有指导意义。

采用脉冲激光点焊的方法, 对厚度为1.5 mm的锆基非晶合金实现了有效连接, 并研究了激光峰值功率、脉宽和离焦量及三者之间的交互作用对焊点表面直径、熔深和单个焊点承受最大载荷的影响, 基于响应面优化方法对焊接工艺参数进行优化, 建立焊点表面直径、熔深和单个焊点承受的最大载荷与激光峰值功率、脉宽和离焦量之间的数学模型, 对数值模型进行了验证。脉冲激光点焊厚度为1.5 mm的锆基非晶合的优化出工艺参数为峰值功率1.2～1.21 kW, 脉宽5.96～6.0 ms, 离焦量-1.78～-2.00 mm。在此焊接参数范围内, 焊点表面直径为0.892～0.895 mm, 熔深为2.479～2.514 mm, 单个焊点能承受的最大载荷为109.2～110.3 N。研究结果表明, 随焊接峰值功率和脉宽的增大, 焊点表面尺寸和熔深增加, 热影响区的晶粒尺寸增大。当热影响区出现纳米晶粒时, 单个焊点能承受的最大载荷呈增大趋势, 当晶粒长大至4 μm后, 单个焊点能承受的最大载荷呈减小趋势, 其原因为大晶粒的出现导致大量位错聚集, 成为微观裂纹源。离焦量主要影响熔深, 随着离焦量由-2.0 mm变化至-0.4 mm, 熔深逐渐减小, 而单个焊点能承受的最大载荷和表面尺寸变化较小。