超薄不锈钢微激光焊接工艺研究

1、超薄不锈钢微激光焊接工艺研究 摘要：随着社会的发展，各项技术都得到了一定程度的提升。其中，超薄不锈钢在医疗行业、航天以及日用品中的应用也日趋广泛，对超薄不锈钢进行微激光焊接质量也提出了更高的要求。由于超薄不锈钢的材料非常的薄，并且非常容易汽化穿孔，要想得到连续、无烧穿的焊缝，关键是需要对于参数有精确的控制。本文主要是通过利用微激光实现了0.22mm厚321不锈钢片的对接焊,然后通过正交优化设计对于工艺参数进行一定程度上的优化,从而开展研究工艺参数对焊接接头微观形貌产生的影响作用。 关键词：超薄不锈钢；微激光；焊接工艺 由于超薄不锈钢的材料厚度非常的薄，所以对此进行焊接的话，有着较高的难度，所以

2、，容易发生焊接相关的问题。而微激光的出现对于这一问题可以很好的解决，大多数情况下微激光是作为一种连接方法，并且具有焊接速度快、焊接缝隙窄以及功率密度高等特点，所以非常的适合用在超薄不锈钢的焊接中。但是微激光在进行焊接的过程中对工艺的要求非常的高，特别是对与超薄材料的焊接中工艺要求更加的严格，由于超薄不锈钢的材质相当的薄，因此，表面上如果出现汽化，不论汽化的量多少，都会使焊点成孔，甚至发生烧穿。所以，超薄不锈钢微激光焊接选择适合的工艺参数非常的重要。 1实验条件与方法 1.1实验条件。本次实验使用321不锈钢，其尺寸大小是40mmx20mmx0.2mm。首先，使用目砂纸对焊接试样的表面与对接断面

3、进行全方位的打磨，从这样可以去除表面的油污和氧化层，其次，使用丙酮对焊接试样的表面进行清洗，最后将清洗干净以后的焊接试样吹干。激光焊接的设备则使用型号的设备Nd：YAG，这款设备的平均功率在最高的时候能够达到80W，而可以控制的参数主要有脉冲频率、脉冲能量和脉冲功率百分比等，在这其中脉冲能量是随着脉冲功率百分比和脉冲宽度来进行变化的。通过专业夹具对接两片焊接试样，然后固定在操作台上，开始进行焊接工作。使用氩气在进行焊接的过程中，可以达到保护的目的。不填充焊接材料，在焊接之后的焊缝区厚度相比较母材而言，在一定程度上会发生减薄，所以，在使用焊接接头时，需要考虑可以承受载荷的能力，因此，将焊接接头可

4、以承受的最大拉力认为是优化工艺参数的目标。在焊接结束以后，通过线将切割焊接试板，切割成3组长80mm、宽3mm的拉伸试样，并利用拉伸实验机进行拉断时使用的最大拉力的测试，然后将最大拉力的平均值计算出来，并当做焊接接头的抗拉力1。1.2实验设计。基于实验结果，光斑直径与焊接速度是一定的时候，对于微激光焊接头抗拉力造成影响的主要原因有几方面，例如，脉冲能量、脉冲功率百分比、脉冲频率等。经过实验的结果了解到,在小于8的时候，脉冲功率百分比会产生焊缝未焊合,脉冲功率百分比在脉冲功率大于23的情况下，会发生焊缝金属烧穿情况以及汽化的现象2。如果减少脉冲频率的话，那么也可以对于焊缝单位长度的热量进行适当的

5、减少，从而改善焊缝烧穿的情况。但是需要注意的是，在对于频率进行减少的时候，焊点之间的搭接量也会降低；如果脉冲的宽度发生减小,那么单个的脉冲传输给焊缝的热量也会减少，并且还会避免烧穿,但是如果脉冲宽度过小，那么会导致脉冲能量也很小，从而发生未焊透的情况。 2实验结果以及分析 2.1实验结果。对于与各实验号相对应的焊接接头的抗拉力以及极差进行分析，T1、T2、T3分别表示因素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表示的是极差3。因素A、B、C对应的水平是2,3,2的时候的抗拉力平均值是最大的，也就是说工艺参数为

6、A2、B3、C2的时候可以获得最大抗拉力，因此成为最佳工艺参数。而这组的工艺参数正好与6实验号的参数相对应，并且这组的抗拉力在所有组中是最大的，因此，从这方面验证了结果优化的准确性。在对尺寸相同的母材抗拉力检测时，其结果为372N。在正好处于最佳工艺参数的时候，焊接接头的承载力在母材中可以占据到95%左右，所以这时的焊接接头的承载能力与母材基本上已经相匹配。2.2影响焊接接头抗拉力的各因素。因素水平的改变对于影响实验的指标有着完全的不同，对于脉冲宽度与功率百分比来说，随着水平的改变，焊接接头的抗拉力首先进行增大，然后在进行减小。而对于脉冲频率来说，其抗拉力是随着个水平的改变处于增加的的状态。影

7、响接头抗拉力最小的是脉冲功率百分比水平的改变，而对于接头抗拉力的影响最大的是脉冲款水平的改变，其次才是脉冲频率。这就说明了对于0.2mm厚度的不锈钢薄片的微激光对接焊，影响接头的抗拉力最大的是脉冲款4。2.3接头微观形貌以及及组织与工艺参数的关系。超薄不锈钢材料在微激光对接焊时，工艺参数是通过改变微观组织结构以及焊缝成型，以此来影响焊接接头的承载能力。为了揭示实验所列出的参数所对应接头的抗拉力不同的产生原因，因此观察9参数接头的焊缝成形和金相组织。观察焊缝表明成形，能够发现烧穿现象在1号与2号的试样中出现，但是其他试样的焊缝表面成形特征状态大部分都是非常良好的。而普通的焊接与微小尺寸工件之间是

8、完全不一样的，由于微小尺寸具有尺寸小、导热能力差以及热容量小的特点，因此在焊接热源的作用下会发生热量积累的情况，有很大的可能会发生孔洞以及烧穿等问题。各式样号参数所对应的激光脉冲能量能够清楚的了解到，由于这两组参数所对应的脉冲能量过大，并且还产生了热量积累，从而导致1号与2号的试样产生烧穿，因此发生了烧穿。观察3-9组的试样的焊缝横截面能够了解到，4、6、9号试样的焊缝横截面形貌是比较好的，但是而3、5、7号的实验焊缝均不同程度的存在着未焊透情况。这是因为实验3、5、7号所对应的脉冲宽度相对较小，并且机关脉冲的熔透能力非常的弱，从而致使焊缝未焊透问题的发生，甚至是对焊接接头的实际承载面积产生了

9、影响，所以，经过试验可以了解，这组试样接头的抗拉力相对而言都不是很大5。6、9号的工艺参数所对应的形成的组织特征，是由于微激光焊接的能量相对集中，并且在焊接的过程中，各种焊接接头只加热了局部区域，母材基本上是没有升温的，并且所受到的热作用是比较小的，所以只有很小的热影响区域；在焊缝的中心区域，温度相对来说分布的比较均匀，并且温度的梯度比较的小，与晶粒的生长速度大概一样，所以等轴晶非常容易形成；在焊缝的边缘区域，因为这部分与母材非常的近，所以会被木材的冷却作用影响，导致温度的变化很大，所以柱状晶非常可能生成。 3结论 3.1在对厚度0.22mm的超薄不锈钢微激光进行焊接的过程中，工艺参数最优的是

10、脉冲功率百分比为，而脉冲的宽度是2.1ms，而脉冲的频率为5为5Hz。这使得焊接接头可以获得最大程度上的抗拉力。3.2如果微激光焊产生脉冲能量过大的话，会致使热量积累以及焊缝烧穿，当脉冲的宽度较小的时候，激光脉冲的熔透能非常的弱，从而会导致未能焊透焊缝，这两者都会影响焊接接头的承载力，使焊接接头的承载力变差。而组成承载能力比较强的焊接接头的显微组织主要来源于焊缝中心部分的等轴晶以及焊缝边缘部分的柱状晶，并且还是细小的柱状晶。 参考文献 1陈玉华,柯黎明,徐世龙等.超薄不锈钢片的微激光焊接工艺研究J.材料工程,2008,(11):28-31. 2张婧,高嘉爽,许辉,等.超薄不锈钢激光焊接工艺及接头性能研究J.应用激光,2017,37(3):379-385. 3叶庆丰,王少刚,赵雅萱等.超薄不锈钢激光焊接头的微观组织与力学性能J.焊接技术,2017,46(3):16-20. 4胡席远,熊建钢,胡伦骥等.薄板激光焊接质量影响因素研