超薄不锈钢微激光焊接工艺研究.doc

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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

2、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，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

3、条件与方法4学海无涯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

4、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

5、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

6、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

7、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4学海无涯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

8、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