四川不銹鋼無(wú)縫管報(bào)道：薄壁不銹鋼管激光焊接過(guò)程中易出現(xiàn)的焊穿、斷弧、封閉曲線焊縫不均勻等問(wèn)題，采用正交試驗(yàn)法，在不同的焊接速度、離焦量、激光功率曲線、保護(hù)氣體條件下對(duì)厚度為1.2mm的薄壁不銹鋼管進(jìn)行激光疊焊試驗(yàn)；通過(guò)觀察不同參數(shù)下得到的焊縫外觀及對(duì)試件進(jìn)行壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，研究了工藝參數(shù)對(duì)激光疊焊成形性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，焊接速度及功率曲線的設(shè)定是影響焊縫均勻性、焊穿的主要因素；保護(hù)氣體的種類及流量是影響焊縫斷弧的主要因素；離焦量對(duì)焊縫表面成形有影響，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行厚度為1.2mm薄壁不銹鋼管激光疊焊時(shí)離焦量為+1ｍｍ時(shí)焊縫外觀成形美觀。

　激光焊接具有能量密度高、焊縫深寬比大、熱影響區(qū)小、不接觸工件，對(duì)工件無(wú)污染，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種具發(fā)展前景的連接技術(shù)。激光焊接廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶、食品容器疊焊板生產(chǎn)中。激光疊焊板具有焊縫強(qiáng)度高，焊縫成形美觀，焊后無(wú)需后處理，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于啤酒、藥品、牛奶、飲料等食品行業(yè)的發(fā)酵罐、冷卻設(shè)備的制造。目前尚未有關(guān)薄板激光疊焊工藝的報(bào)道。本文通過(guò)正交試驗(yàn)法研究了焊接速度、離焦量、激光功率曲線、保護(hù)氣對(duì)薄壁不銹鋼管疊焊成形性能的影響進(jìn)行了深入的分析。

一、試驗(yàn)方法

     試驗(yàn)在自行研制的激光疊焊裝置進(jìn)行焊接試驗(yàn)，試驗(yàn)材料為304不銹鋼，其主要化學(xué)成分：碳≤0.12%，硅≤0.05%，錳≤0.50%，磷≤0.035%，硫≤0.035。激光焊接薄壁不銹鋼管厚度選1.2ｍｍ。

二、試驗(yàn)結(jié)果及分析

1. 焊縫外觀成形性能影響因素分析

  采用激光對(duì)薄壁不銹鋼管焊接可獲得焊縫成形平滑美觀的焊縫成形。宏盛特鋼針對(duì)焊接封閉曲線時(shí)不同焊接速度、離焦量、功率曲線、保護(hù)氣方面研究激光疊焊工藝參數(shù)對(duì)焊縫外觀形貌的影響。

2. 焊接速度對(duì)激光疊焊成形性能的影響

   在激光功率不變的情況下，焊接速度的大小直接決定了焊接線能量的大小。焊接線能量的大小直接影響了焊縫的成形性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著焊接速度的提高薄壁不銹鋼管焊縫成形穩(wěn)定性變差。這是由于激光焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的等離子體，高速焊接過(guò)程中激光焊接形成的等離子體穩(wěn)定性變差，引起激光疊焊過(guò)程的不穩(wěn)定，從而在薄板激光疊焊過(guò)程中出現(xiàn)斷弧、焊穿、焊縫不均勻等現(xiàn)象。

3. 離焦量對(duì)激光疊焊成形性能的影響

    激光焦點(diǎn)至板材表面的距離稱為離焦量。應(yīng)用不同的離焦量對(duì)不同方式的激光焊接時(shí)所得到的焊縫宏觀形貌會(huì)有較大的差異。試驗(yàn)結(jié)果表明，離焦量對(duì)激光疊焊的余高有明顯影響。薄壁不銹鋼管激光焊接時(shí)如果焊縫余高不足，會(huì)對(duì)焊縫的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。激光疊焊時(shí)采用負(fù)離焦量時(shí)焊縫余高非常小甚至?xí)a(chǎn)生凹陷，采用正離焦量焊接時(shí)焊縫表面過(guò)渡圓滑并有明顯的余高。但并不是離焦量越大越好，離焦量過(guò)大激光能量密度降低，影響激光疊焊熔深。通常情況下在薄板激光疊焊時(shí)離焦量為＋1ｍｍ時(shí)焊縫成形美觀并且有足夠高的焊接強(qiáng)度。

4. 功率曲線對(duì)激光疊焊成形性能的影響

    功率曲線的設(shè)定對(duì)激光疊焊質(zhì)量起著決定性的作用，特別是在焊接封閉曲線時(shí)，起弧和收弧的功率控制尤為關(guān)鍵。功率曲線設(shè)定不合理經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)未焊牢、重合部位過(guò)燒以及產(chǎn)生氣孔等問(wèn)題。在焊接非封閉焊縫時(shí)會(huì)出現(xiàn)弧坑過(guò)大問(wèn)題，嚴(yán)重影響焊縫強(qiáng)度，而且弧坑的存在對(duì)焊接氣孔的形成起了促進(jìn)作用。功率曲線的設(shè)定可通過(guò)兩種方式進(jìn)行控制，一是使用激光器自帶的功率控制器，二是利用控制系統(tǒng)對(duì)激光器輸出的功率進(jìn)行控制。兩者的優(yōu)缺點(diǎn)是利用激光器自帶的功率控制器進(jìn)行輸出功率設(shè)定方便準(zhǔn)確焊接效果好，但成本較高；采用控制系統(tǒng)對(duì)起弧和收弧功率進(jìn)行控制時(shí)，激光器輸出功率精度不高，在焊接封閉曲線時(shí)焊縫搭接處質(zhì)量遠(yuǎn)遜于采用功率控制器進(jìn)行焊接，但采用該方式激光器輸出功率時(shí)間不受限制，而采用功率控制器時(shí)激光器輸出功率時(shí)間會(huì)受到設(shè)定時(shí)間的限制，不適于長(zhǎng)線性焊縫焊接。在本試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)焊縫形式不同，應(yīng)用了不同的功率控制方法，在焊接封閉曲線時(shí)采用功率控制器，而在焊接直線時(shí)采用控制系統(tǒng)通過(guò)模擬量設(shè)定的方式調(diào)整激光功率。兩者都必須保證焊縫接頭部分不出現(xiàn)過(guò)燒并且封閉處焊縫表面平整。

5. 保護(hù)氣對(duì)激光疊焊成形性能的影響

   激光焊接過(guò)程中產(chǎn)生大量的等離子體，等離子體漂浮在工件的上方，對(duì)激光起到屏蔽作用，影響激光焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。大部分等離子體的產(chǎn)生是由于保護(hù)氣受到激光的電離而生成。然而不同保護(hù)氣體的電離能不同，因而研究保護(hù)氣對(duì)激光焊接成形性能的影響具有至關(guān)重要的作用。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)使用氬氣不僅影響焊接的穩(wěn)定性，而且滿足不了焊后對(duì)焊縫余高的要求，而單使用氦氣又會(huì)增加生產(chǎn)成本。試驗(yàn)過(guò)程中采用同軸保護(hù)氣方式對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行保護(hù)，氣體采用氦、氬混合氣體，同軸保護(hù)氣噴嘴的內(nèi)側(cè)通道使用氦氣主要保護(hù)焊接熔池；外層通道通氬氣，主要排開(kāi)焊接區(qū)周圍空氣。試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)計(jì)采用不同比例、不同流量的保護(hù)氣進(jìn)行激光疊焊試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)He氣與Ar氣的體積比在2.5∶1.0時(shí)，焊接熔深達(dá)到大值；氦氣流量在12L/分鐘時(shí)焊接過(guò)程穩(wěn)定，而且熔深也達(dá)到大值。這是因?yàn)殡S著保護(hù)氣體流量的增加，焊接區(qū)的等離子體減少，氣體流量達(dá)到12L/分鐘后等離子的減少不明顯，導(dǎo)致焊接熔深無(wú)明顯增加。

6. 焊縫力學(xué)性能分析

   采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行激光焊接試樣的正、反面焊縫情況如圖所示。薄壁不銹鋼管激光焊接產(chǎn)品在應(yīng)用時(shí)主要考察焊縫承受的拉力大小，由于焊縫形式為疊焊方式無(wú)法應(yīng)用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)焊縫力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，為了驗(yàn)證焊縫力學(xué)性能，采用液壓泵向激光疊焊試樣板中加壓的方式，以試驗(yàn)件時(shí)壓力表上顯示的數(shù)值為該試驗(yàn)件所能承受的大拉力。試驗(yàn)中采用優(yōu)化后激光疊焊工藝參數(shù)激光疊焊焊縫承受30公斤的拉力后，試驗(yàn)開(kāi)裂于焊縫熱影響區(qū)。薄壁不銹鋼管激光焊接工藝參數(shù)調(diào)整范圍窄，工藝參數(shù)的微量變化都會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。通過(guò)合理的設(shè)置激光功率曲線，采用適當(dāng)比例的保護(hù)氣比例及焊接速度可顯著降低激光疊焊板的焊接缺陷，生產(chǎn)出合格的薄壁不銹鋼管。