超薄不銹鋼微激光焊接工藝研究

導語：超薄不銹鋼微激光焊接工藝研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著社會的發展，各項技術都得到了一定程度的提升。其中，超薄不銹鋼在醫療行業、航天以及日用品中的應用也日趨廣泛，對超薄不銹鋼進行微激光焊接質量也提出了更高的要求。由于超薄不銹鋼的材料非常的薄，并且非常容易汽化穿孔，要想得到連續、無燒穿的焊縫，關鍵是需要對于參數有精確的控制。本文主要是通過利用微激光實現了0.22mm厚321不銹鋼片的對接焊,然后通過正交優化設計對于工藝參數進行一定程度上的優化,從而開展研究工藝參數對焊接接頭微觀形貌產生的影響作用。

關鍵詞：超薄不銹鋼；微激光；焊接工藝

由于超薄不銹鋼的材料厚度非常的薄，所以對此進行焊接的話，有著較高的難度，所以，容易發生焊接相關的問題。而微激光的出現對于這一問題可以很好的解決，大多數情況下微激光是作為一種連接方法，并且具有焊接速度快、焊接縫隙窄以及功率密度高等特點，所以非常的適合用在超薄不銹鋼的焊接中。但是微激光在進行焊接的過程中對工藝的要求非常的高，特別是對與超薄材料的焊接中工藝要求更加的嚴格，由于超薄不銹鋼的材質相當的薄，因此，表面上如果出現汽化，不論汽化的量多少，都會使焊點成孔，甚至發生燒穿。所以，超薄不銹鋼微激光焊接選擇適合的工藝參數非常的重要。

1實驗條件與方法

1.1實驗條件。本次實驗使用321不銹鋼，其尺寸大小是40mmx20mmx0.2mm。首先，使用目砂紙對焊接試樣的表面與對接斷面進行全方位的打磨，從這樣可以去除表面的油污和氧化層，其次，使用丙酮對焊接試樣的表面進行清洗，，最后將清洗干凈以后的焊接試樣吹干。激光焊接的設備則使用型號的設備Nd：YAG，這款設備的平均功率在最高的時候能夠達到80W，而可以控制的參數主要有脈沖頻率、脈沖能量和脈沖功率百分比等，在這其中脈沖能量是隨著脈沖功率百分比和脈沖寬度來進行變化的。通過專業夾具對接兩片焊接試樣，然后固定在操作臺上，開始進行焊接工作。使用氬氣在進行焊接的過程中，可以達到保護的目的。不填充焊接材料，在焊接之后的焊縫區厚度相比較母材而言，在一定程度上會發生減薄，所以，在使用焊接接頭時，需要考慮可以承受載荷的能力，因此，將焊接接頭可以承受的最大拉力認為是優化工藝參數的目標。在焊接結束以后，通過線將切割焊接試板，切割成3組長80mm、寬3mm的拉伸試樣，并利用拉伸實驗機進行拉斷時使用的最大拉力的測試，然后將最大拉力的平均值計算出來，并當做焊接接頭的抗拉力[1]。1.2實驗設計。基于實驗結果，光斑直徑與焊接速度是一定的時候，對于微激光焊接頭抗拉力造成影響的主要原因有幾方面，例如，脈沖能量、脈沖功率百分比、脈沖頻率等。經過實驗的結果了解到,在小于8的時候，脈沖功率百分比會產生焊縫未焊合,脈沖功率百分比在脈沖功率大于23的情況下，會發生焊縫金屬燒穿情況以及汽化的現象[2]。如果減少脈沖頻率的話，那么也可以對于焊縫單位長度的熱量進行適當的減少，從而改善焊縫燒穿的情況。但是需要注意的是，在對于頻率進行減少的時候，焊點之間的搭接量也會降低；如果脈沖的寬度發生減小,那么單個的脈沖傳輸給焊縫的熱量也會減少，并且還會避免燒穿,但是如果脈沖寬度過小，那么會導致脈沖能量也很小，從而發生未焊透的情況。

2實驗結果以及分析

2.1實驗結果。對于與各實驗號相對應的焊接接頭的抗拉力以及極差進行分析，T1、T2、T3分別表示因素A、B、C的第1、2、3水平的抗拉力之和，并且T1、T2、T3是用以表示因素A、B、C的第1、2、3水平的抗拉力平均值，其中R表示的是極差[3]。因素A、B、C對應的水平是2,3,2的時候的抗拉力平均值是最大的，也就是說工藝參數為A2、B3、C2的時候可以獲得最大抗拉力，因此成為最佳工藝參數。而這組的工藝參數正好與6實驗號的參數相對應，并且這組的抗拉力在所有組中是最大的，因此，從這方面驗證了結果優化的準確性。在對尺寸相同的母材抗拉力檢測時，其結果為372N。在正好處于最佳工藝參數的時候，焊接接頭的承載力在母材中可以占據到95%左右，所以這時的焊接接頭的承載能力與母材基本上已經相匹配。2.2影響焊接接頭抗拉力的各因素。因素水平的改變對于影響實驗的指標有著完全的不同，對于脈沖寬度與功率百分比來說，隨著水平的改變，焊接接頭的抗拉力首先進行增大，然后在進行減小。而對于脈沖頻率來說，其抗拉力是隨著個水平的改變處于增加的的狀態。影響接頭抗拉力最小的是脈沖功率百分比水平的改變，而對于接頭抗拉力的影響最大的是脈沖款水平的改變，其次才是脈沖頻率。這就說明了對于0.2mm厚度的不銹鋼薄片的微激光對接焊，影響接頭的抗拉力最大的是脈沖款[4]。2.3接頭微觀形貌以及及組織與工藝參數的關系。超薄不銹鋼材料在微激光對接焊時，工藝參數是通過改變微觀組織結構以及焊縫成型，以此來影響焊接接頭的承載能力。為了揭示實驗所列出的參數所對應接頭的抗拉力不同的產生原因，因此觀察9參數接頭的焊縫成形和金相組織。觀察焊縫表明成形，能夠發現燒穿現象在1號與2號的試樣中出現，但是其他試樣的焊縫表面成形特征狀態大部分都是非常良好的。而普通的焊接與微小尺寸工件之間是完全不一樣的，由于微小尺寸具有尺寸小、導熱能力差以及熱容量小的特點，因此在焊接熱源的作用下會發生熱量積累的情況，有很大的可能會發生孔洞以及燒穿等問題。各式樣號參數所對應的激光脈沖能量能夠清楚的了解到，由于這兩組參數所對應的脈沖能量過大，并且還產生了熱量積累，從而導致1號與2號的試樣產生燒穿，因此發生了燒穿。觀察3-9組的試樣的焊縫橫截面能夠了解到，4、6、9號試樣的焊縫橫截面形貌是比較好的，但是而3、5、7號的實驗焊縫均不同程度的存在著未焊透情況。這是因為實驗3、5、7號所對應的脈沖寬度相對較小，并且機關脈沖的熔透能力非常的弱，從而致使焊縫未焊透問題的發生，甚至是對焊接接頭的實際承載面積產生了影響，所以，經過試驗可以了解，這組試樣接頭的抗拉力相對而言都不是很大[5]。6、9號的工藝參數所對應的形成的組織特征，是由于微激光焊接的能量相對集中，并且在焊接的過程中，各種焊接接頭只加熱了局部區域，母材基本上是沒有升溫的，并且所受到的熱作用是比較小的，所以只有很小的熱影響區域；在焊縫的中心區域，溫度相對來說分布的比較均勻，并且溫度的梯度比較的小，與晶粒的生長速度大概一樣，所以等軸晶非常容易形成；在焊縫的邊緣區域，因為這部分與母材非常的近，所以會被木材的冷卻作用影響，導致溫度的變化很大，所以柱狀晶非常可能生成。

3結論

3.1在對厚度0.22mm的超薄不銹鋼微激光進行焊接的過程中，工藝參數最優的是脈沖功率百分比為，而脈沖的寬度是2.1ms，而脈沖的頻率為5為5Hz。這使得焊接接頭可以獲得最大程度上的抗拉力。3.2如果微激光焊產生脈沖能量過大的話，會致使熱量積累以及焊縫燒穿，當脈沖的寬度較小的時候，激光脈沖的熔透能非常的弱，從而會導致未能焊透焊縫，這兩者都會影響焊接接頭的承載力，使焊接接頭的承載力變差。而組成承載能力比較強的焊接接頭的顯微組織主要來源于焊縫中心部分的等軸晶以及焊縫邊緣部分的柱狀晶，并且還是細小的柱狀晶。

參考文獻

[1]陳玉華,柯黎明,徐世龍等.超薄不銹鋼片的微激光焊接工藝研究[J].材料工程,2008,(11):28-31.

[2]張婧,高嘉爽,許輝,等.超薄不銹鋼激光焊接工藝及接頭性能研究[J].應用激光,2017,37(3):379-385.

[3]葉慶豐,王少剛,趙雅萱等.超薄不銹鋼激光焊接頭的微觀組織與力學性能[J].焊接技術,2017,46(3):16-20.

[4]胡席遠,熊建鋼,胡倫驥等.薄板激光焊接質量影響因素研究[J].應用激光,1998,18(1):38-40.

[5]閻小軍,楊大智,劉黎明.316L不銹鋼薄板脈沖激光焊工藝參數及接頭組織特征[J].焊接學報,2004,25(3):121-123.

作者:賀東偉 單位:黑龍江職業學院