不銹鋼激光焊接出現(xiàn)變形問題的解決方案

　　激光技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用是各國研究的焦點(diǎn)。隨著工業(yè)發(fā)展對(duì)高效、環(huán)保和自動(dòng)化的需求，激光技術(shù)的應(yīng)用迅速擴(kuò)展到許多制造領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上，激光焊接技術(shù)將成為激光應(yīng)用的重要方面之一，激光焊接是激光加工技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，是21世紀(jì)最引人注目、最有前途的焊接技術(shù)。

　　早在上世紀(jì)末，歐美國家就已經(jīng)將激光焊接充分應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。中國在加快激光焊接技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，逐步建立了產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的發(fā)展體系。一些領(lǐng)域也取得了重大突破。

　　隨著工業(yè)制造的發(fā)展，高效、靈活和環(huán)保的加工技術(shù)將受到青睞。 激光焊接采用高能束聚焦方法，可以實(shí)現(xiàn)深焊、快焊等焊接過程中難以實(shí)現(xiàn)的焊接過程。特別是激光焊接設(shè)備靈活，實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)成熟，大量激光焊接生產(chǎn)線已投入工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)自動(dòng)化。

　　實(shí)踐證明，激光焊接在加工業(yè)中應(yīng)用廣泛基本上，它可以用于傳統(tǒng)焊接技術(shù)領(lǐng)域，可以勝任激光焊接，具有較高的焊接質(zhì)量和較快的加工效率。

　　使用激光技術(shù)的焊接技術(shù)

　　激光焊接是一種利用激光輻射能量實(shí)現(xiàn)有效焊接的工藝 其工作原理是激發(fā)激光活性介質(zhì)(如CO2和其他氣體的混合物、釔鋁石榴石晶體等)。)以特定的方式?？涨恢械耐鶑?fù)振蕩形成受激輻射束 當(dāng)光束接觸工件時(shí)，其能量被工件吸收，當(dāng)溫度達(dá)到材料熔點(diǎn)時(shí)，可以進(jìn)行焊接。

　　1、激光焊接模式

　　激光焊接可分為熱傳導(dǎo)焊接和深熔焊接 前者的熱量通過熱傳導(dǎo)擴(kuò)散到工件中，只有焊接表面熔化。工件內(nèi)部沒有完全穿透，基本上不會(huì)蒸發(fā)。主要用于低速薄壁。 材料焊接;后者不僅完全穿透材料，而且蒸發(fā)材料以形成大量等離子體。 由于熱量很大，熔池前端會(huì)出現(xiàn)鑰匙孔現(xiàn)象。

　　深熔焊可以完全穿透工件。輸入能量高、焊接速度快，是應(yīng)用最廣泛的激光焊接方式

　　2、激光焊接焊縫形狀和顯微組織

　　由于激光產(chǎn)生的光斑尺寸小，焊縫周圍的熱影響區(qū)比普通焊接工藝小得多，激光焊接一般不需要填充金屬，因此焊縫表面連續(xù)均勻，外觀非常美觀。 氣孔和裂紋等表面缺陷非常適合焊接型材的關(guān)鍵應(yīng)用。 盡管聚焦區(qū)域相對(duì)較小，但激光束的能量密度較大(通常為103至108W/cm2)

　　在焊接過程中，金屬被迅速加熱和冷卻。 熔池周圍的溫度梯度相對(duì)較大，因此結(jié)合強(qiáng)度通常高于母材。 相反，接頭塑性相對(duì)較低 目前，雙焦點(diǎn)技術(shù)或復(fù)合焊接技術(shù)可以提高接頭質(zhì)量

　　3、激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn)

　　激光焊接如此受重視的原因在于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):

　　1)、激光焊接可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的接頭強(qiáng)度、大縱橫比和更快的焊接速度。

　　2)、由于激光焊接不需要真空環(huán)境，因此可以通過透鏡和光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)生產(chǎn)。

　　3)、激光器功率密度高，對(duì)難以焊接的材料(如鈦、應(yīng)時(shí)等)具有良好的焊接效果。)，可以焊接不同性能的材料。

　　當(dāng)然，激光焊接也有它的缺點(diǎn):

　　1)、激光器和焊接系統(tǒng)部件比較昂貴，所以初始投資和維護(hù)成本比傳統(tǒng)焊接工藝高，經(jīng)濟(jì)效益差。

　　2)、激光焊接的轉(zhuǎn)換效率通常較低(通常為5%至30%)，因?yàn)楣腆w材料對(duì)激光的吸收率較低，尤其是在等離子體出現(xiàn)后(等離子體對(duì)激光有吸收作用)

　　3)、由于激光焊接焦點(diǎn)小，工件連接設(shè)備精度高，設(shè)備偏差小，加工誤差大。

　　隨著激光焊接的普及和激光的商業(yè)化生產(chǎn)，激光設(shè)備的價(jià)格急劇下降。 大功率激光器的發(fā)展和新型復(fù)合焊接方法的開發(fā)和應(yīng)用也改善了激光焊接轉(zhuǎn)換效率的不足。 據(jù)信，在不久的將來，激光焊接將逐漸取代傳統(tǒng)的焊接工藝(如電弧焊和電阻焊) 成為工業(yè)焊接的主要方式 不銹鋼作為一種新型材料，因其耐腐蝕性和成型性而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車零部件等領(lǐng)域。 激光焊接在不銹鋼的應(yīng)用中起著非常重要的作用，特別是在汽車工業(yè)中，所有的車身都是通過焊接連接在一起的。 然而，由于諸多因素，不銹鋼板焊接存在變形問題，難以控制，不利于相關(guān)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。 因此，加強(qiáng)不銹鋼板激光焊接變形的研究具有重要意義。

　　焊接變形的危害和影響焊接變形的主要因素

　　影響焊接變形的主要因素是焊接電流、脈沖寬度和頻率 隨著焊接電流的增加，焊縫寬度增大，飛濺現(xiàn)象逐漸發(fā)生，導(dǎo)致焊縫表面氧化變形，并伴有粗糙度。當(dāng)脈沖寬度達(dá)到一定水平時(shí)，脈沖寬度增加，增加了焊接接頭的強(qiáng)度。 材料表面的傳熱能耗也會(huì)增加 蒸發(fā)導(dǎo)致液體從熔池中溢出，導(dǎo)致焊點(diǎn)的橫截面積較小，從而影響焊點(diǎn)強(qiáng)度。 焊接頻率對(duì)不銹鋼板焊接變形的影響與鋼板厚度密切相關(guān)。 對(duì)于0.5毫米不銹鋼板，當(dāng)頻率達(dá)到2Hz時(shí)，焊接重疊率較高。當(dāng)頻率達(dá)到5Hz時(shí)，焊縫嚴(yán)重?zé)齻?，熱影響區(qū)變寬，變形大。 可見，加強(qiáng)焊接變形的有效控制勢(shì)在必行

　　3避免激光焊接變形的有效對(duì)策

　　為了減少激光焊接變形問題，提高不銹鋼板的焊接質(zhì)量，我們可以從優(yōu)化焊接工藝參數(shù)入手。 具體操作方法如下:

　　1)、正交試驗(yàn)的正面介紹正交試驗(yàn)主要指通過正交表分析和多因素試驗(yàn)安排的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法 它可以使用更少的測(cè)試來獲得有效的結(jié)果并推斷最佳的實(shí)現(xiàn)。 同時(shí)，可以進(jìn)行深入分析，以獲得更多相關(guān)信息，并為具體工作提供依據(jù)。 一般來說，焊接電流、脈沖寬度和激光頻率被選為研究的重點(diǎn)對(duì)象。 焊接變形作為一個(gè)指標(biāo)，控制在最小值，遵循合理的原則，因子水平控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。 對(duì)于厚度為0.5毫米的不銹鋼板，電流可控制在80至96伏安之間;頻率在2到5 f/Hz之間

　　2)、正交表選擇

　　正常情況下，試驗(yàn)因子的數(shù)量應(yīng)與正交表中的級(jí)數(shù)一致 因子的數(shù)量應(yīng)該小于正交表中的列數(shù) 正交表的合理設(shè)計(jì)可以為后續(xù)研究工作提供相應(yīng)的支持和幫助

　　3)、試驗(yàn)結(jié)果范圍分析

　　根據(jù)厚度為0.5毫米的不銹鋼板的試驗(yàn)結(jié)果，各柱的范圍不相等，證明了各元素的不同水平有其特殊的特點(diǎn)和不同的影響。 激光焊接變形的影響是電流、脈沖寬度和頻率以及綜合因素。最佳激光焊接工藝參數(shù)應(yīng)由電流85A、脈沖寬度7ms、頻率3Hz控制?？刂坪附訁?shù)的三個(gè)值可以保證最小厚度為0.5毫米的不銹鋼板的焊接變形

　　對(duì)于厚度為0.8毫米的不銹鋼板，當(dāng)變形最小化時(shí)，電流、脈沖寬度和頻率等參數(shù)應(yīng)分別控制在124安、8毫秒和4赫茲。 焊縫的抗拉強(qiáng)度 厚度為1毫米的不銹鋼板分別為160、11毫秒和5Hz。 在激光焊接過程中，焊接人員將參數(shù)控制在合理的范圍內(nèi)，不僅可以提高焊接質(zhì)量和效率，而且可以避免鋼板變形，滿足生產(chǎn)要求 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，焊接變形控制技術(shù)也得到了發(fā)展。例如，有限元模擬在焊接變形控制中的應(yīng)用，通過避免焊接溫度和應(yīng)力引起的焊接變形問題，改進(jìn)了焊接變形技術(shù)。 不銹鋼板的應(yīng)力平衡可以避免鋼板的焊接變形，同時(shí)也可以提高焊接質(zhì)量，促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的健康發(fā)展。

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