導(dǎo)語(yǔ)：超薄不銹鋼微激光焊接工藝研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)都得到了一定程度的提升。其中，超薄不銹鋼在醫(yī)療行業(yè)、航天以及日用品中的應(yīng)用也日趨廣泛，對(duì)超薄不銹鋼進(jìn)行微激光焊接質(zhì)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(xù)、無(wú)燒穿的焊縫，關(guān)鍵是需要對(duì)于參數(shù)有精確的控制。本文主要是通過(guò)利用微激光實(shí)現(xiàn)了0.22mm厚321不銹鋼片的對(duì)接焊,然后通過(guò)正交優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于工藝參數(shù)進(jìn)行一定程度上的優(yōu)化,從而開(kāi)展研究工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭微觀形貌產(chǎn)生的影響作用。

關(guān)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(duì)此進(jìn)行焊接的話(huà)，有著較高的難度，所以，容易發(fā)生焊接相關(guān)的問(wèn)題。而微激光的出現(xiàn)對(duì)于這一問(wèn)題可以很好的解決，大多數(shù)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(diǎn)，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(jìn)行焊接的過(guò)程中對(duì)工藝的要求非常的高，特別是對(duì)與超薄材料的焊接中工藝要求更加的嚴(yán)格，由于超薄不銹鋼的材質(zhì)相當(dāng)?shù)谋。虼耍砻嫔先绻霈F(xiàn)汽化，不論汽化的量多少，都會(huì)使焊點(diǎn)成孔，甚至發(fā)生燒穿。所以，超薄不銹鋼微激光焊接選擇適合的工藝參數(shù)非常的重要。

1實(shí)驗(yàn)條件與方法

1.1實(shí)驗(yàn)條件。本次實(shí)驗(yàn)使用321不銹鋼，其尺寸大小是40mmx20mmx0.2mm。首先，使用目砂紙對(duì)焊接試樣的表面與對(duì)接斷面進(jìn)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(duì)焊接試樣的表面進(jìn)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(shè)備則使用型號(hào)的設(shè)備N(xiāo)d：YAG，這款設(shè)備的平均功率在最高的時(shí)候能夠達(dá)到80W，而可以控制的參數(shù)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(lái)進(jìn)行變化的。通過(guò)專(zhuān)業(yè)夾具對(duì)接兩片焊接試樣，然后固定在操作臺(tái)上，開(kāi)始進(jìn)行焊接工作。使用氬氣在進(jìn)行焊接的過(guò)程中，可以達(dá)到保護(hù)的目的。不填充焊接材料，在焊接之后的焊縫區(qū)厚度相比較母材而言，在一定程度上會(huì)發(fā)生減薄，所以，在使用焊接接頭時(shí)，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(rèn)為是優(yōu)化工藝參數(shù)的目標(biāo)。在焊接結(jié)束以后，通過(guò)線(xiàn)將切割焊接試板，切割成3組長(zhǎng)80mm、寬3mm的拉伸試樣，并利用拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉斷時(shí)使用的最大拉力的測(cè)試，然后將最大拉力的平均值計(jì)算出來(lái)，并當(dāng)做焊接接頭的抗拉力[1]。1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，光斑直徑與焊接速度是一定的時(shí)候，對(duì)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(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果了解到,在小于8的時(shí)候，脈沖功率百分比會(huì)產(chǎn)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(huì)發(fā)生焊縫金屬燒穿情況以及汽化的現(xiàn)象[2]。如果減少脈沖頻率的話(huà)，那么也可以對(duì)于焊縫單位長(zhǎng)度的熱量進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少，從而改善焊縫燒穿的情況。但是需要注意的是，在對(duì)于頻率進(jìn)行減少的時(shí)候，焊點(diǎn)之間的搭接量也會(huì)降低；如果脈沖的寬度發(fā)生減小,那么單個(gè)的脈沖傳輸給焊縫的熱量也會(huì)減少，并且還會(huì)避免燒穿,但是如果脈沖寬度過(guò)小，那么會(huì)導(dǎo)致脈沖能量也很小，從而發(fā)生未焊透的情況。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及分析

2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于與各實(shí)驗(yàn)號(hào)相對(duì)應(yīng)的焊接接頭的抗拉力以及極差進(jìn)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(duì)應(yīng)的水平是2,3,2的時(shí)候的抗拉力平均值是最大的，也就是說(shuō)工藝參數(shù)為A2、B3、C2的時(shí)候可以獲得最大抗拉力，因此成為最佳工藝參數(shù)。而這組的工藝參數(shù)正好與6實(shí)驗(yàn)號(hào)的參數(shù)相對(duì)應(yīng)，并且這組的抗拉力在所有組中是最大的，因此，從這方面驗(yàn)證了結(jié)果優(yōu)化的準(zhǔn)確性。在對(duì)尺寸相同的母材抗拉力檢測(cè)時(shí)，其結(jié)果為372N。在正好處于最佳工藝參數(shù)的時(shí)候，焊接接頭的承載力在母材中可以占據(jù)到95%左右，所以這時(shí)的焊接接頭的承載能力與母材基本上已經(jīng)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(duì)于影響實(shí)驗(yàn)的指標(biāo)有著完全的不同，對(duì)于脈沖寬度與功率百分比來(lái)說(shuō)，隨著水平的改變，焊接接頭的抗拉力首先進(jìn)行增大，然后在進(jìn)行減小。而對(duì)于脈沖頻率來(lái)說(shuō)，其抗拉力是隨著個(gè)水平的改變處于增加的的狀態(tài)。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(duì)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(shuō)明了對(duì)于0.2mm厚度的不銹鋼薄片的微激光對(duì)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(shù)的關(guān)系。超薄不銹鋼材料在微激光對(duì)接焊時(shí)，工藝參數(shù)是通過(guò)改變微觀組織結(jié)構(gòu)以及焊縫成型，以此來(lái)影響焊接接頭的承載能力。為了揭示實(shí)驗(yàn)所列出的參數(shù)所對(duì)應(yīng)接頭的抗拉力不同的產(chǎn)生原因，因此觀察9參數(shù)接頭的焊縫成形和金相組織。觀察焊縫表明成形，能夠發(fā)現(xiàn)燒穿現(xiàn)象在1號(hào)與2號(hào)的試樣中出現(xiàn)，但是其他試樣的焊縫表面成形特征狀態(tài)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(dǎo)熱能力差以及熱容量小的特點(diǎn)，因此在焊接熱源的作用下會(huì)發(fā)生熱量積累的情況，有很大的可能會(huì)發(fā)生孔洞以及燒穿等問(wèn)題。各式樣號(hào)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的激光脈沖能量能夠清楚的了解到，由于這兩組參數(shù)所對(duì)應(yīng)的脈沖能量過(guò)大，并且還產(chǎn)生了熱量積累，從而導(dǎo)致1號(hào)與2號(hào)的試樣產(chǎn)生燒穿，因此發(fā)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(hào)試樣的焊縫橫截面形貌是比較好的，但是而3、5、7號(hào)的實(shí)驗(yàn)焊縫均不同程度的存在著未焊透情況。這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)3、5、7號(hào)所對(duì)應(yīng)的脈沖寬度相對(duì)較小，并且機(jī)關(guān)脈沖的熔透能力非常的弱，從而致使焊縫未焊透問(wèn)題的發(fā)生，甚至是對(duì)焊接接頭的實(shí)際承載面積產(chǎn)生了影響，所以，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可以了解，這組試樣接頭的抗拉力相對(duì)而言都不是很大[5]。6、9號(hào)的工藝參數(shù)所對(duì)應(yīng)的形成的組織特征，是由于微激光焊接的能量相對(duì)集中，并且在焊接的過(guò)程中，各種焊接接頭只加熱了局部區(qū)域，母材基本上是沒(méi)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(qū)域；在焊縫的中心區(qū)域，溫度相對(duì)來(lái)說(shuō)分布的比較均勻，并且溫度的梯度比較的小，與晶粒的生長(zhǎng)速度大概一樣，所以等軸晶非常容易形成；在焊縫的邊緣區(qū)域，因?yàn)檫@部分與母材非常的近，所以會(huì)被木材的冷卻作用影響，導(dǎo)致溫度的變化很大，所以柱狀晶非常可能生成。

3結(jié)論

3.1在對(duì)厚度0.22mm的超薄不銹鋼微激光進(jìn)行焊接的過(guò)程中，工藝參數(shù)最優(yōu)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(chǎn)生脈沖能量過(guò)大的話(huà)，會(huì)致使熱量積累以及焊縫燒穿，當(dāng)脈沖的寬度較小的時(shí)候，激光脈沖的熔透能非常的弱，從而會(huì)導(dǎo)致未能焊透焊縫，這兩者都會(huì)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(qiáng)的焊接接頭的顯微組織主要來(lái)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(xì)小的柱狀晶。

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[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(shù)及接頭組織特征[J].焊接學(xué)報(bào),2004,25(3):121-123.

作者:賀東偉 單位:黑龍江職業(yè)學(xué)院