脈沖激光焊接工藝參數(shù)對304不銹鋼管焊縫成形的影響

  浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員，通過研究脈沖激光焊焊接厚度為1mm的304不銹鋼管時(shí)，焊接工藝參數(shù)對焊縫成形的影響，分析脈沖激光焊焊接304不銹鋼管缺陷產(chǎn)生的原因與防止措施，研究了焊接接頭的顯微組織和力學(xué)性能，并對脈沖激光焊薄板不銹鋼的工藝進(jìn)行優(yōu)化，為獲得綜合性能優(yōu)質(zhì)的焊接接頭提供基本數(shù)據(jù)。脈沖激光焊接薄壁不銹鋼管時(shí)，存在深熔焊和傳導(dǎo)焊兩種焊接模式，所形成的熔池形貌截然不同。深熔焊的焊縫橫截面整體就像一個(gè)杯子狀的漏斗，開口處較大，中部和底部窄且深，而傳導(dǎo)焊的焊縫橫截面像一個(gè)很淺的U型形貌，熔池很淺，開口處很寬。傳導(dǎo)焊時(shí)，熔深過淺，不能形成可靠的焊接接頭，脈沖激光焊接1mm的304不銹鋼管需要采用深熔焊。

   對試驗(yàn)過程中所發(fā)現(xiàn)的焊接缺陷的產(chǎn)生原因及其防止措施進(jìn)行了分析研究。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脈沖激光焊接薄壁不銹鋼管時(shí)不當(dāng)?shù)暮附庸に囀钱a(chǎn)生焊接缺陷的主要原因，當(dāng)脈沖頻率偏低時(shí)，焊點(diǎn)不連續(xù)，易形成較大的圓錐形的工藝性氣孔，提高脈沖頻率能有效的避免這種氣孔的產(chǎn)生；使用脈沖激光焊時(shí)，調(diào)整適宜的工藝參數(shù)組合，也能有效的避免小孔型氣孔；適當(dāng)?shù)奶岣呙}沖頻率、脈寬和焊接速度，降低電流，能有效的避免了各種焊接缺陷的產(chǎn)生。對不銹鋼薄板焊縫質(zhì)量影響最大的工藝參數(shù)是脈沖頻率，其余依次是電流，脈寬和焊接速度。當(dāng)脈沖頻率為15Hz和30Hz時(shí)，焊縫工藝氣孔不能完全消失，氣孔的形狀為圓錐形、不規(guī)則形和球形。不論脈寬頻率與其他參數(shù)以何種方式組合，均不能形成合格的焊縫。而當(dāng)脈沖頻率為45Hz時(shí)，電流，焊接速度和脈沖寬度不論選取何值，焊縫中均無工藝氣孔。當(dāng)電流為180A時(shí)，容易出現(xiàn)焊接飛濺，降低電流至160A以下，能有效的減小焊接飛濺。當(dāng)焊接速度為800mm/分鐘時(shí)，焊縫容易發(fā)生咬邊，適當(dāng)降低焊接速度，能減小咬邊出現(xiàn)的傾向性。

   從焊縫區(qū)域的顯微組織圖中可以看出，脈沖激光焊接薄壁不銹鋼管時(shí)，焊縫顯微組織一般都有明顯的分層現(xiàn)象，靠近熔合線的區(qū)域?yàn)榧?xì)長的樹枝晶，這些樹枝晶均是向著焊縫表面指向焊縫中心，遠(yuǎn)離熔合線的焊縫中部為排列無序的枝晶，焊縫中心為細(xì)小的等軸晶。脈沖激光焊接工藝參數(shù)之間相互聯(lián)系，相互制約，需要適宜的參數(shù)組合才能獲得合格的焊接接頭，對于薄板不銹鋼的焊接，為了得到成形較好的焊縫，在選取工藝參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量選取小電流，高脈沖頻率，大脈寬，高焊接速度。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脈沖激光焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，脈沖頻率對焊縫質(zhì)量的影響最大，選取合適的脈沖頻率尤為重要。針對1mm厚度的304不銹鋼管，離焦量可取-1mm，電流可取120A~130A，脈沖頻率可取50Hz~60Hz，脈寬可取2.5ms~3.0ms，焊接速度可取600mm/min~720mm/min之間都能得到成形較好的焊縫，接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到母材的95%以上。且當(dāng)離焦量取-1mm，電流為130A，脈沖頻率為50Hz，脈寬為3.0ms，焊接速度為600mm/min時(shí)，接頭的抗拉強(qiáng)度高于母材的，且其外觀成形和力學(xué)性能都是最優(yōu)的。關(guān)于脈沖激光焊接薄壁不銹鋼管，可以對焊縫區(qū)尺寸和工藝參數(shù)進(jìn)行定量分析，找出不同熔透模式下激光束能量的利用規(guī)律，以提高激光能量利用率。可以對各工藝參數(shù)組合進(jìn)行更為細(xì)致的研究，從而指導(dǎo)各工藝參數(shù)的組合。同時(shí)，可以對脈沖激光焊接不銹鋼薄板的應(yīng)力場和變形進(jìn)行數(shù)值模擬研究。