激光焊接不銹鋼技術(shù)

廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 廣東省計(jì)算機(jī)集成制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(廣州市 510006)

李正文 高向東

佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院(528137)

李秀忠

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激光焊接不銹鋼技術(shù)

廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 廣東省計(jì)算機(jī)集成制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(廣州市 510006)

李正文 高向東

佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院(528137)

李秀忠

不銹鋼具有耐腐蝕性強(qiáng)、塑韌性好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天航空、電子器件、醫(yī)療器械、核工業(yè)等方面。而激光焊具有傳統(tǒng)焊接無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，能有效地減少缺陷。針對(duì)不銹鋼YAG固體激光焊、光纖激光焊、CO2激光焊、激光-MAG復(fù)合焊、激光-TIG復(fù)合焊、活性劑輔助激光焊、雙光束激光焊、激光填絲焊和盤型激光焊等方法，介紹了各自的特點(diǎn)以及應(yīng)用，并論述了各種激光焊方法下不銹鋼焊件的特性，最后對(duì)激光焊接不銹鋼技術(shù)做出了總結(jié)與展望。

不銹鋼 激光焊 技術(shù)

0 序 言

不銹鋼是以Fe-Cr，F(xiàn)e-Cr-C和Fe-Cr-Ni為合金系的高合金鋼。此類鋼對(duì)氧化性酸具有較高的耐蝕性，通常用作支撐結(jié)構(gòu)、密封容器、建筑、精密儀器和醫(yī)療器械等。不銹鋼具有良好的焊接性能，在常溫焊接下能得到成形較好的焊接接頭。

激光焊技術(shù)經(jīng)過不斷地發(fā)展，已衍生出了各種類型的焊接。常見的Nd:YAG激光焊、CO2激光焊、光纖激光焊，再到激光焊與電弧焊的復(fù)合焊接，加上活性劑的輔助焊接、雙光束激光焊、激光填絲焊、盤型激光焊使得焊接技術(shù)得到不斷地完善。激光焊具有能量密度高、焊接速度快、熱影響區(qū)窄以及焊縫成形好等特點(diǎn)在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣[1]。

就激光焊工藝技術(shù)進(jìn)行歸納和總結(jié)，并分析了工藝參數(shù)的選擇對(duì)焊接效果的影響，以及不銹鋼激光焊工藝研究方法的選擇和焊接參數(shù)的優(yōu)化。

1 不銹鋼激光焊的原理及特點(diǎn)

隨著激光器的發(fā)展，激光焊應(yīng)用的范圍逐漸的擴(kuò)大，現(xiàn)在激光焊被應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，其中主要包括：汽車工業(yè)、航天航空、造船、電子電器、新型工件成型等行業(yè)[2]。

1.1 不銹鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用

與碳鋼相比，不銹鋼具有電阻率高、熱導(dǎo)率低、線膨脹系數(shù)大等特點(diǎn)，且隨著溫度的升高線膨脹系數(shù)也有相應(yīng)地提高[3]。不銹鋼因其較好的耐蝕性、無(wú)毒性、耐摩擦性、高強(qiáng)度、非磁性、易加工性、良好的焊接性等特性被廣泛應(yīng)用于在機(jī)械設(shè)備和化工設(shè)備制造行業(yè)、工業(yè)建筑工件行業(yè)、IT行業(yè)、家電行業(yè)等[4]。

1.2 不銹鋼激光焊的原理

激光焊有兩種分類，按激光輸出時(shí)的功率密度大小可分為激光傳導(dǎo)焊和激光深熔焊[5]。在熱傳導(dǎo)焊時(shí)，激光功率密度小于1×105W/cm2，在較小的熱量下并不能將工件表面的金屬瞬間熔化甚至是汽化，所以只能通過熱傳導(dǎo)的方式將熱能傳向金屬內(nèi)部。當(dāng)在深熔焊中，激光功率密度大于1×105W/cm2時(shí)，由于獲得較大的熱量，故金屬直接被熔化而形成焊縫。

1.3 不銹鋼激光焊的特點(diǎn)

不銹鋼激光焊與傳統(tǒng)焊相比，能在室溫或者特殊條件下進(jìn)行焊接，焊接裝備簡(jiǎn)單。激光聚焦后，功率密度高，實(shí)現(xiàn)深熔焊接，熔深與熔寬比大，最高可達(dá)12∶1。激光焊強(qiáng)度高、精度高、焊縫熱影響區(qū)窄、殘余應(yīng)力和變形較小；并且激光焊速度快、效率高、焊接質(zhì)量好[6]。

2 不銹鋼的常見激光焊方法

2.1 YAG固體激光焊

YAG激光焊是利用高能量的脈沖激光對(duì)工件實(shí)施焊接的。激光電源放電，使氙燈產(chǎn)生光波，光波經(jīng)過聚光腔聚焦Nd:YAG晶體上，從而激發(fā)其產(chǎn)生激光，再經(jīng)過諧振腔作用后產(chǎn)生波長(zhǎng)為1 064 nm的脈沖激光輸出。

V.A.Ventrella等人[7]對(duì)100 μm厚的316L不銹鋼采用Nd：YAG激光焊，研究激光能量的變化對(duì)焊接成型的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在試驗(yàn)過程中激光能量不斷的增加，焊后熔池的熔深、熔寬和結(jié)合寬度也增加。焊接接頭的抗拉強(qiáng)度一開始隨著激光能量的增加而增加，然后再隨著激光能量增加抗拉強(qiáng)度減小。

劉鍵等人[8]研究保護(hù)氣體對(duì)304不銹鋼的Nd:YAG激光焊接頭成型質(zhì)量的影響。采用0.7 mm厚的304不銹鋼，在有氬氣作為保護(hù)氣體和無(wú)保護(hù)氣體下采用熱輸入50 J/mm、激光功率2～4 kW、焊接速度0.04～0.08 m/s。對(duì)激光功率為3 kW、焊接速度為 0.06 m/s時(shí)有、無(wú)氬氣保護(hù)氣體作用的接頭形貌、微觀組織和力學(xué)性能作了對(duì)比。得出在相同激光工藝參數(shù)下，兩種焊接方式均能實(shí)現(xiàn)完全焊透且焊縫成形良好，但無(wú)保護(hù)氣體下的焊接焊縫存在嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象。無(wú)論是否加保護(hù)氣體，顯微硬度均呈熱影響區(qū)>母材>焊縫區(qū)，但有保護(hù)氣體時(shí)焊縫區(qū)顯微硬度有所增加。

李慶等人[9]研究不同的脈沖激光焊工藝參數(shù)對(duì)厚度為1 mm的304不銹鋼焊接接頭缺陷的形成。試驗(yàn)表明,304不銹鋼在焊接過程中一般不出現(xiàn)氣孔，當(dāng)焊接工藝參數(shù)不當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則和圓錐形的兩種氣孔。李云濤等人[10]針對(duì)厚度為3 mm的304不銹鋼連續(xù)激光焊工藝進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，當(dāng)功率為1 600 W、速度為3 mm/s時(shí)，焊縫中心出現(xiàn)等軸晶，邊緣出現(xiàn)柱狀晶，生長(zhǎng)方向垂直于焊接熔合線。陳俊科等人[11]利用YAG固體激光器在一定熱輸入的條件下針對(duì)0.7 mm厚的304不銹鋼進(jìn)行了搭接焊接試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，隨著激光功率的增加，焊接速度也增加，但是接頭的氧化程度增加且伴隨著咬邊、凹陷等缺陷的產(chǎn)生。說(shuō)明熱輸入一定時(shí)，不宜采用較大功率對(duì)0.7 mm的304不銹鋼進(jìn)行焊接。

YAG固體激光焊過程中，激光功率較小，焊接接頭不易出現(xiàn)諸如氣孔和咬邊等缺陷，但是隨著激光功率和焊接速度等參數(shù)的變化，焊件的表面成形、抗拉強(qiáng)度和硬度都會(huì)隨之而變化。

2.2 光纖激光焊

光纖激光焊是利用光纖激光器發(fā)射激光焊接試件。光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，經(jīng)過諧振腔后激光振蕩輸出。

Y.Kawahito 等人[12]針對(duì)8 mm厚的SUS304采用6 kW的光纖激光焊，研究激光功率密度、焊接速度對(duì)焊接接頭成形質(zhì)量的影響。試驗(yàn)采用4種激光光斑直徑130 μm，200 μm，360 μm，560 μm，焊接速度0.6～10 m/min。得出在光斑直徑為360 μm和560 μm、焊接速度在4.5～10 m/min時(shí)焊接接頭無(wú)缺陷(如氣孔、咬邊和駝峰)的產(chǎn)生，如圖1所示。

圖1 焊接速度在光纖激光焊中的影響[12]

高向東等人[13]針對(duì)5 mm厚的304不銹鋼，采用光纖激光焊在焊件中加入鉑金屬。在焊接過程中，鉑與焊件工件熔化，利用X射線圖像中鉑與焊件工件的灰度差異來(lái)觀測(cè)焊接過程中熔池內(nèi)部形態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在t時(shí)刻焊接開始后，鉑金屬受到刺激，一部分沿小孔壁流動(dòng)到熔池底部，另一部分在熔池近表層向激光束后方流動(dòng)，最終形成一個(gè)較為穩(wěn)定的水勺形狀，如圖2所示。

圖2 X射線圖像下的熔池內(nèi)部形態(tài)變[13]

裴瑩蕾等人[14]采用平板堆焊的方法焊接1 mm厚的304不銹鋼，研究激光功率、焊接速度以及保護(hù)氣體的吹向?qū)傅礼劮宓挠绊?。結(jié)果表明，激光功率對(duì)駝峰的影響較小，焊接速度和保護(hù)氣體的吹向?qū)︸劮宓挠绊戄^大。原因是焊接速度與保護(hù)氣體吹向的改變影響了焊接過程中的熔池流動(dòng)，使得熔融金屬流動(dòng)加劇，從而導(dǎo)致駝峰傾向增加。

張文超等人[15]針對(duì)0.5 mm和1.0 mm厚的304不銹鋼板進(jìn)行不同工藝參數(shù)下的對(duì)接光纖激光焊。結(jié)果發(fā)現(xiàn)功率為200 W、焊接速度為120 mm/min、離焦量為0時(shí)的焊縫顯微組織呈現(xiàn)明顯的柱狀晶組織形態(tài)，由奧氏體和殘留δ鐵素體組成。

光纖激光焊具有較高的激光功率且激光光斑能量分布均勻，能焊接工件的厚度大于YAG激光焊焊接的工件厚度。在焊接過程中，激光功率密度、焊接速度、光斑直徑大小以及保護(hù)氣體流量和種類等焊接參數(shù)對(duì)熔池的流動(dòng)、焊接接頭的顯微組織形態(tài)以及分布影響較大，同時(shí)焊接參數(shù)的搭配不當(dāng)會(huì)造成焊后缺陷的產(chǎn)生，如駝峰、氣孔和咬邊等。

2.3 CO2激光焊

CO2激光焊是利用CO2激光器發(fā)射激光對(duì)工件實(shí)施焊接。CO2激光器中由N2，He和CO23種工作介質(zhì)組成，其中CO2是產(chǎn)生激光的氣體，N2和He作為輔助氣體。激光器通電后放電，CO2分子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)實(shí)現(xiàn)粒子翻轉(zhuǎn)形成激光，照射工件實(shí)現(xiàn)焊接。

張林杰等人[16]采用CO2激光器針對(duì)2 mm厚的304不銹鋼，研究側(cè)吹氣體對(duì)不銹鋼焊接過程的影響(側(cè)吹氣體方向與焊接方向一致)。結(jié)果表明，當(dāng)側(cè)吹噴嘴高度增加時(shí)，等離子體的平均體積減小，焊縫的熔透率增加。當(dāng)側(cè)吹氣體流速增大時(shí)，等離子體的平均體積減小，熔透率增大。當(dāng)側(cè)吹角度(與水平線的銳角夾角)在0～20°增加時(shí)，等離子體的平均面積減小，熔透率約為100%；當(dāng)超過20°時(shí)，等離子體平均體積顯著增加，熔透率減小。

K.Y.Benyounis 等人[17]對(duì)304奧氏體不銹鋼采用CO2激光焊，研究不同工藝參數(shù)(激光功率、焊接速度和離焦量)對(duì)焊接接頭的影響。結(jié)果表明,激光功率在1.2～1.23 kW之間時(shí)能獲得良好的焊接接頭。且隨著激光功率的增加，接頭的抗拉強(qiáng)度先增大后減??；隨著焊接速度和離焦量的增加，接頭的抗拉強(qiáng)度減小。激光功率對(duì)沖擊吸收能量的影響最為顯著，隨著功率的增加，接頭的沖擊吸收能量提高。

同YAG固體激光焊和光纖激光焊一樣，CO2激光焊在薄板的焊接中應(yīng)用較廣，工件焊后質(zhì)量受激光功率、焊接速度、保護(hù)氣體流量和種類等因素的影響。

常見的不銹鋼激光焊中，無(wú)論是Nad:YAG固體激光焊還是CO2激光焊亦或是光纖激光焊，由于焊接熱源的單一輸入，故熱輸入較小，不能滿足厚板的熔透要求，對(duì)2 mm以下的薄板焊接能獲得較好的焊接效果。如何克服焊接中單一熱源熱輸入能量較小這一缺點(diǎn)成為了工業(yè)發(fā)展中需解決的問題。同時(shí)在焊接過程中各方法對(duì)激光功率、焊接速度、光斑直徑、離焦量和保護(hù)氣體種類以及流量的變化敏感，因此在不銹鋼的焊接過程中，如何搭配各焊接工藝參數(shù)以減少諸如小孔和咬邊等焊接缺陷也是研究的重點(diǎn)。

3 不銹鋼的復(fù)合激光焊方法

3.1 激光-TIG復(fù)合焊

激光-TIG復(fù)合焊焊接時(shí)，激光作用產(chǎn)生的金屬蒸汽進(jìn)入到電弧區(qū)，降低電弧通道的電阻，電弧電流密度增加、穩(wěn)定性增強(qiáng)，電弧被壓縮并吸引進(jìn)入小孔中，同時(shí)電弧對(duì)工件預(yù)熱，復(fù)合熱源的利用率提高，從而焊接質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高[18]。

嚴(yán)軍[19]針對(duì)3 mm厚的316L不銹鋼采用CO2激光-TIG復(fù)合焊接，研究了激光功率、電弧電流、激光與電弧間距對(duì)焊縫成形的影響。試驗(yàn)表明，隨著激光功率的增加，使得焊接熱輸入的增加從而導(dǎo)致焊接熔深不斷增加；電弧電流的增加也能提高焊接熔深，但超過150 A后由于激光對(duì)電弧的壓縮作用降低，熔深減小；激光與電弧間距對(duì)復(fù)合焊是一種比較敏感的因素，在2～3 mm之間是一個(gè)最優(yōu)范圍。尹燕等人[20]針對(duì)5 mm厚的316不銹鋼采用光纖激光-TIG復(fù)合焊焊接。結(jié)果顯示，復(fù)合焊與單獨(dú)的TIG焊相比，復(fù)合焊顯著提高焊縫的抗拉強(qiáng)度，使其非常接近與母材；彎曲性能與母材一樣良好，同時(shí)焊接變形明顯減小。

焊接過程中激光和電弧的相互作用，具有提高能量、增加焊接熔深、改善焊接接頭拉伸強(qiáng)度和彎曲性能等特點(diǎn)。

3.2 激光-MAG復(fù)合焊

G.Campana 等人[21]針對(duì)8 mm厚的304不銹鋼采用3 kW的CO2激光和MAG電弧復(fù)合焊焊接，研究激光和電弧的間距與激光的離焦量對(duì)焊接接頭成型的影響。結(jié)果表明：當(dāng)激光與電弧的間距在2～3 mm時(shí)，可以避免熔池的劇烈動(dòng)蕩形成熔深較大的小孔；當(dāng)激光束聚焦在工件表面下方6～8 mm時(shí)容易形成穩(wěn)定的焊縫且熔深較大。

G.Tani 等人[22]采用3 kW CO2激光和MAG電弧復(fù)合焊接針對(duì)10 mm厚的304不銹鋼研究保護(hù)氣體對(duì)焊接接頭成型的影響。結(jié)果表明：保護(hù)氣體中He含量對(duì)焊接過程的影響較大，含量為30%時(shí)可以減少等離子體的形成，在30%～40%時(shí)焊接效率較好，但在含量高于40%時(shí)熔深的增加并不明顯。

同激光-TIG復(fù)合焊一樣，電弧的加入能增加能量輸入從而提高焊接接頭熔深。激光與電弧的間距對(duì)焊后質(zhì)量影響較大，兩者之間的不合理搭配會(huì)導(dǎo)致焊接缺陷的產(chǎn)生。

激光電弧復(fù)合焊在焊接過程中，電弧對(duì)工件的預(yù)熱以及對(duì)激光焊產(chǎn)生的等離子體的抑制作用，極大地提高了焊接效率，增加工件的最終熔深。但是由于復(fù)合焊中，可調(diào)參數(shù)很多，其中任意一個(gè)參數(shù)的變化都將影響焊接的效果，且在復(fù)合焊中工件的熱循環(huán)對(duì)焊接參數(shù)的影響機(jī)理還未研究透徹，因此必須深入研究，找出各項(xiàng)工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合焊接的影響規(guī)律，確定穩(wěn)定可靠的工藝參數(shù)，滿足實(shí)際焊接的需求。

4 活性劑輔助激光焊

活性劑輔助激光焊即在工件的表面涂上一層活性劑，利用活性劑的特性以及焊接過程中對(duì)焊接因素(等離子體、表面張力)等的影響來(lái)改善焊接質(zhì)量。

Ma Li等人[23]針對(duì)3 mm厚的430不銹鋼采用活性劑輔助的YAG激光焊，研究活性劑的加入對(duì)焊接接頭成型的影響。結(jié)果表明,活性劑的加入使成形后的焊縫熔深增加，且ZrO2的加入使得熔深增加的效果要優(yōu)于其它氧化物和碳酸鹽；在用活性劑混合配比時(shí)發(fā)現(xiàn)50%ZrO2，12.09%CaCO3，10.43%CaO和27.48%MgO時(shí)焊接效果最好，能使熔深增加2.23倍。權(quán)雯雯[33]針對(duì)3 mm厚的304不銹鋼，研究活性輔助對(duì)TIG和YAG激光焊的影響。試驗(yàn)表明,活性劑的加入會(huì)增加焊縫熔深；在焊接過程中，工藝參數(shù)的改變對(duì)活性劑焊接帶來(lái)不同的影響，脈寬對(duì)焊縫熔深及深寬比影響較大，其次是頻率和焊接速度。樊丁等人[24]針對(duì)不同S含量的SUS304不銹鋼采用YAG激光焊焊接。試驗(yàn)表明，含S量較高的不銹鋼在活性劑輔助焊接時(shí)焊縫熔寬會(huì)有明顯的收縮，且隨著熱輸入量的增加熔深也相應(yīng)增大。

在焊接過程中，活性劑的加入可以減小工件的表面張力，并且減小激光焊的等離子體密度，增加焊接熔深。但是由于活性劑種類眾多，在活性劑的選擇上需要通過試驗(yàn)的方法驗(yàn)證，給焊接帶來(lái)困難。并且各活性劑混合后對(duì)焊接的影響還未明確，在焊接過程中各焊接工藝參數(shù)對(duì)活性劑的影響，活性劑添加的厚度以及添加時(shí)使用的工藝(如噴涂等)也需探究，最終才能確定出不同工件的最優(yōu)工藝參數(shù)搭配。

5 雙光束激光焊

雙光束激光焊意味著焊接時(shí)同時(shí)使用兩束激光，光束排列方式有串行、并行和交叉排列如圖3所示。T.Narikiyo 等人[25]現(xiàn)研究以串行排列方式較多，在焊接過程中光束的間距、光束相互的角度、聚焦位置以及光束的能量都會(huì)對(duì)焊縫成形造成影響。利用1個(gè)1 kW脈沖和1個(gè)2 kW的連續(xù)波YAG激光束焊接304不銹鋼，當(dāng)兩光束之間的角度變化時(shí)，焊縫深度在5～7 mm之間波動(dòng)，且證明較高的峰值功率可以增加焊接熔深。

圖3 雙光束激光焊的光束排列方式[25]

陳偉東等人[26]采用功率為4 kW 的激光器，分成兩束功率為2 kW 的激光，按照并行激光焊的方式排布。研究了焊接速度以及光斑間距對(duì)焊接接頭成型的影響，得出隨著焊接速度增大，匙孔深度減??；隨著光斑間距的增大，匙孔深度減小。當(dāng)光斑間距過大或者過小時(shí)，容易產(chǎn)生小孔缺陷。

雙光束激光焊相對(duì)于單光束激光焊，具有增加焊后熔深、增大焊后深寬比的優(yōu)勢(shì)，但是國(guó)內(nèi)外對(duì)雙光束激光焊的研究甚少，光束間距的變化對(duì)焊后的焊接接頭成型效果有很大的影響，且其影響機(jī)理尚未十分明確，所以其應(yīng)用范圍較窄，主要用于材料的T型焊接以及鋁合金的焊接。在未來(lái)的研究中應(yīng)將其焊接參數(shù)的變化對(duì)焊后質(zhì)量影響的機(jī)理作為研究重點(diǎn)。

6 激光填絲焊

激光填絲焊焊接時(shí)，激光束首先作用在填充的焊絲上，焊絲被激光束熱熔化后填充焊縫間隙。然后在激光束的繼續(xù)作用下，母材金屬被熔化、凝固實(shí)現(xiàn)焊接[27]。

R.Ohashi 等人[28]針對(duì)5 mm厚的304不銹鋼采用雙YAG激光束進(jìn)行填絲焊，結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)過優(yōu)化后的光源條件可以使焊接時(shí)的最大橋接間隙達(dá)到2.2 mm。T.Jokinen 等人[29]針對(duì)20 mm厚的奧氏體不銹鋼采用Nd：YAG窄間隙坡口的多道激光焊方法。試驗(yàn)表明,由于焊接的收縮變形應(yīng)該保證坡口的角度大于激光束的夾角；填絲的流量對(duì)焊接質(zhì)量有直接的影響，較小的流量能獲得質(zhì)量相對(duì)較小的焊縫成形。

Z.Sun 等人[30]對(duì)3 mm厚的低碳鋼和2 mm厚的不銹鋼進(jìn)行了激光填絲對(duì)接拼焊試驗(yàn)。研究表明，激光填絲焊在間隙為1 mm時(shí)，其焊接接頭仍然具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，且焊縫截面上的組織成分和硬度分布均勻。在激光送絲焊中，送絲角度、送絲位置、送絲速度與送絲方向都將影響焊件的質(zhì)量。因此使得焊接過程的控制更加復(fù)雜和困難，對(duì)焊接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化增加了難度。所以未來(lái)著重研究激光送絲焊中送絲角度、送絲位置、送絲速度以及送絲方向與焊后質(zhì)量的關(guān)系建立完善的控制系統(tǒng)。

7 盤型激光焊

X.D.Gao 等人[31]采用功率為10 kW的盤型激光器焊接厚度為10 mm和20 mm的304不銹鋼，并且利用高速攝像機(jī)觀察和采集焊接過程中飛濺和等離子體的變化圖。分析得出,在焊接過程中，飛濺的數(shù)量和面積隨著激光功率的增加而增加，并且呈現(xiàn)出由急劇增加變?yōu)榫徛黾拥臓顟B(tài)。等離子體的密度隨著功率的增加而增加，但是等離子體的增加會(huì)削弱激光功率而使其密度又快速減少。

羅子藝等人[32]采用10 kW的盤型激光器對(duì)8 mm后的不銹鋼焊接，研究焊接速度以及激光功率對(duì)焊后質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,盤型激光焊后能獲得較深的熔深，并且截面呈I型和釘子型；隨著焊接速度的增大，焊縫截面形貌由I形向釘子形變化；隨著激光功率的增大，焊縫截面形貌由釘子形向I形變化。

由于盤型激光器的光束質(zhì)量高和輸出功率高的特點(diǎn)，使其在厚板焊接中使用具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于重型器械的生產(chǎn)中。在未來(lái)的研究中應(yīng)將其與MIG和TIG焊相結(jié)合，研究其作用機(jī)理。

8 結(jié)束語(yǔ)

由于不銹鋼良好的焊接性能和耐腐蝕性，其焊接技術(shù)也得到不斷地發(fā)展。在不銹鋼的激光焊工藝技術(shù)中，常用的激光焊由于其功率較低只能實(shí)現(xiàn)薄板工件連接，難以滿足厚板的焊接需求。復(fù)合焊和多光束激光焊，這兩種焊接技術(shù)具有預(yù)熱和輔助功能，使得焊接厚板以及參數(shù)控制得到了很大的改善。激光填絲焊以及活性激光焊采用外加輔助材料來(lái)改善焊后工件的質(zhì)量，并且在增加焊后熔深方面有顯著的優(yōu)勢(shì)。盤型激光焊由于其較大的熱輸入使其在厚板的焊接中應(yīng)用較為廣泛，但因其成本較高，其使用受到了限制。

激光焊是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到多個(gè)工藝參數(shù)(激光功率密度、脈沖頻率和寬度、焊接速度、保護(hù)氣體流量等)。為了能獲得良好的焊接效果，對(duì)各種工藝參數(shù)下的成形效果進(jìn)行對(duì)比，以便能精準(zhǔn)的選擇最優(yōu)的工藝參數(shù)提高焊接效率和質(zhì)量成為了研究的重點(diǎn)。焊接中伴隨的各種焊接效應(yīng)(等離子體、飛濺、熔池熔融金屬的流動(dòng))是焊接過程機(jī)理分析至關(guān)重要的因素。不同工藝參數(shù)下的焊接效應(yīng)對(duì)焊接質(zhì)量的影響機(jī)理將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

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2016-03-24

廣東省科技發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2016A010102015)；廣州市科學(xué)研究專項(xiàng)資助項(xiàng)目(201510010089)；佛山市科技創(chuàng)新專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2014AG10015);廣東省計(jì)算機(jī)集成制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(CIMSOF2016008)。

TG456.7

李正文，1992年出生，碩士研究生。主要從事激光焊接工藝研究。