激光焊接速度對焊縫顯微組織的影響

于明志

【摘要】采用Q235鋼為基礎，利用激光焊接試驗，分析探討不同焊接速度對焊縫顯微組織的影響。研究表明：激光焊接時，焊接速度對熔深和熔寬的影響很大，熔深和熔寬幾乎與焊接速度成反比；功率一定，提高焊速，熔深減小，因為焊接熱輸入下降；當焊速過低時，熔深不會再明顯增加，而焊縫變寬。

【關鍵詞】激光焊接，組織，焊接速度

激光焊接是一種高能束的焊接方法，可用于兩種超薄件的焊接，也可焊接厚大件，特別適用于異種難熔材料和稀有金屬的焊接。激光焊接與其它傳統焊接工藝相比，有著許多優點。其最主要的優勢之一就是能夠將激光束集中于非常狹小的區域，從而產生高能密度的熱源。集中熱源快速掃過被焊接縫，在這方面，激光焊接可與電子束焊接相比擬，但激光焊接卻有著優于電子束焊接的特點，即激光焊接可在大氣壓下進行，而無需真空室。鑒于此，本文采用激光焊接方法，討論焊接速度對焊縫顯微組織的影響，為相尖科研人員提供參考。

1、實驗方法

選擇工業應用廣泛的Q235鋼，其強度和塑性較好，具有良好的焊接性能，將Q235鋼加工成六組尺寸為60mm×55mm×2mm鋼板。焊接工件臺采用Siemen 820N（GA3）模塊數控系統進行四軸（X、Y、Z軸及回轉軸）三聯動控制。采用兩臺上海雷歐激光設備廠制造的2.5kw橫流CO2激光器系統串聯，實際輸出功率為1.2kw。焊接鏡頭采用拋物面銅鏡反射聚焦系統，焦距f＝175mm。在一定激光輸出功率和離焦量情況，分別采用不同激光焊接速度（0.2mm/s-1.4mm/s）對試件進行焊接工藝試驗。焊后按照金相試樣的制取標準和步驟，分別從焊件上制取金相試樣（規格為12mm×12mm×2mm），最后在MM6型臥式金相顯微鏡下觀察其熱影響區，對焊縫顯微組織進行對比分析。

2、實驗結果與分析

本實險的焊接裝置由激光器、導光系統、聚集系統、冷卻系統、工件裝夾裝置、配氣及工作臺等部分組成。采用兩臺上海雷歐激光設備廠制造的2.5kw橫流CO2激光器系統串聯，實際輸出功率為1.2kw。進行焊接時設定率為800W，主要用于焊接，光束直徑23mm，激光器輸出以基模為主，模式穩定，輸出激光經反射鏡轉折，再經砷化鎵透鏡聚集，聚集后的激光束掃描焊接接頭。

圖1列出了不同激光焊接速度下焊縫金相顯微組織，通過計算得出表1中的數據，由此我們可以作出在一定功率和一定離焦量的情況下，熔深和深寬隨焊接速度的變化規律

根據標尺計算試樣的熔深和熔寬可得數據如表1所示。

本實驗用的激光器激光模式好，在800W激光功率時，即能進行基于小孔效應的深熔焊接，當焊接速度為1.4mm/s時，激光單面焊接的焊透深度即達1mm，若采用激光雙面焊接，可完全焊透。以焊接速度為橫坐標，熔深、熔寬以及深寬比為縱坐標，我們可以得出熔深和熔寬比隨焊接速度變化的規律。從而，我人可以直觀的看到他們之間的函數關系。

深熔焊時，焊接速度對熔深和熔寬的影響很大，熔深和熔寬幾乎與焊接速度成反比。根據實險發現，當材料一定、功率一定時，為保證焊接質量，存在一個所允許的最大和最小焊接速度（即焊接速度范圍）。焊接速度范圍隨板厚的增加而減小，在此范圍以外，不能進行深熔焊。過高的焊接速度會導致焊不透，而過低的焊接速度則會使材料過度熔化、燒傷和焊穿。所以，確定焊速的上限是為了防止金屬未焊透和自淬速度過快以至于不能流動和融合，否則熔化金屬會趨向與沿著被焊工件頂端形成焊珠。而焊接速度下降時，過量的熱傳導引起焊道向兩側擴展，熱影響區擴大；吸收過多的熱量還會引起材料局部蒸發損失。

結語

激光焊接時，焊接速度對熔深和熔寬的影響很大，熔深和熔寬幾乎與焊接速度成反比。功率一定，提高焊速，熔深減小，因為焊接熱輸入下降。當焊速過低時，熔深不會再明顯增加，而焊縫變寬。因而，在一定速度范圍內，功率一定，熔深及焊縫寬度隨焊速的加快而減小，焊縫熱影響區也會隨焊速的降低而變大。隨著焊速的提高，焊縫金屬減少，對母材的熱作用減弱。根據實驗還可以得知，在材料一定，功率一定時，為保證焊接質量，存在一個所允許的最大和最小焊接速度。

（本文摘自《中國包裝工業》2015年11月號）