鉭材激光焊接工藝試驗研究

李格妮

摘 要：采用激光焊對鉭材零件的焊接進行試驗研究，選用正交試驗設計方案并通過極差分析確定功率、焊接速度、離焦量三個影響因素對焊縫熔深的影響，試驗完成后對接頭進行微觀金相檢測。試驗結果表明，采用激光焊可以解決鉭材的焊接，并且獲得了高質量高可靠的焊接接頭。

關鍵詞：鉭；激光焊；正交試驗；焊接參數

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.008

0 引言

激光焊利用激光束優異的方向性和高功率密度等特點進行工作，通過光學系統將激光束聚焦在一個很小的區域內，在極短的時間內使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區，從而使待焊件熔化并形成牢固的焊點和焊縫。激光焊接具有能量密度高熱輸入小，焊縫和熱影響區窄，焊接質量高，焊接精度高、效率快等優點。

鉭熔點高達2996℃，耐磨損抗腐蝕，是重要的功能材料，在航空航天、電子行業、能源行業、醫療器械等領域都有廣泛的應用；在高溫下極易氧化，形成固溶體、金屬間化合物，導致強度、硬度增大而塑性、韌性下降，易出現晶粒粗大，形成氣孔及裂紋，對焊接造成了極大的困難；鉭的熱導率高，焊接需要的耗能偏大，但是焊接熱輸入偏大時易引起晶粒粗大；焊接熱輸入偏小時熔池熔化不良，因此，鉭的焊接必須選擇合適的焊接熱輸入以保證焊縫質量。此外，由于零件待焊部位厚度薄，焊接過程容易出現焊穿、鉭材熔化量過大導致變形，而且焊后需要保持直角，并且要求兩零件保持同軸。為了獲得滿足熔深要求，熱影響區和晶粒度較小的焊接接頭，根據零件尺寸、結構特點以及焊接要求，本文采用高能束的激光焊對鉭材零件進行焊接試驗。

1 試驗

1.1 試驗材料

本試驗材料選用Ta1，材料狀態為退火，化學成分如表1所示。

1.2 正交試驗設計

通過對激光焊的影響因素進行分析，確定了本研究的主要影響因素有，功率（A）、焊接速度（B）、離焦量（C），每個因素取三個水平，采用正交試驗方案進行試驗設計，因素水平表如表2所示，各因素間正交試驗安排如表3所示。

2 激光焊試驗結果及分析

按照表3的試驗方案進行激光焊試驗，對獲得的接頭進行微觀分析，在觀察接頭組織之前，對接頭焊縫進行有效處理，將試件接頭進行鑲嵌以便觀察，接頭金相組織分9組實驗。9組試驗接頭內部均未出現氣孔、裂紋、夾渣等焊接缺陷，9組試驗下焊接結構的熔深及焊縫區晶粒大小，其結果如表3所示。由于焊接過程中沒有出現氣孔、裂紋、夾渣焊接缺陷，因此將熔深和焊縫區晶粒大小作為評判焊縫質量的指標。

由表3可知，隨著功率的增大，焊接熱輸入增大，熔深及晶粒大小也相應的增大，根據極差計算公式得出在功率、焊接速度、離焦量三個影響因素下，熔深及晶粒大小的極差值如表4所示。

由極差計算結果可知，熔深的極差中功率的極差值最大，焊接速度極差值最小。由極差值的大小可確定功率對熔深的影響最大，其次是離焦量，焊接速度對熔深的影響最小。因此，為了獲得滿足熔深要求以及合適熱影響區范圍的焊接接頭可重點通過調整焊接功率和離焦量來控制。

根據表4，將功率、焊接速度、離焦量每個因素三個水平下的熔深值相加，值越大表明該水平對試驗結果影響越大。通過計算，得到每個因素三個水平下的熔深值，功率280W時熔深最大為0.975mm，焊接速度7r/s時熔深值最大為0.793mm，離焦量-0.1mm時熔深值最大為0.792mm。因此，可確定功率280W、焊接速度7r/s、離焦量-0.1mm，這三個水平值對熔深影響較大。方案表中不存在這三個因素水平組合，結合極差計算結果，功率和離焦量影響較大優先考慮這兩個因素水平，最終確定第九組試驗參數為最優的焊接參數，其中功率為280W、轉速8r/s、離焦量為-0.1mm。

3 總結

（1）根據鉭材零件的結構特點、焊接技術要求以及鉭材本身性能和焊接過程中出現的問題，本文采用高能束激光焊進行焊接試驗，獲得了高質量高可靠的焊接接頭。

（2）選用正交試驗方案進行試驗設計，通過極差分析，確定了激光焊的主要影響因素順序從大到小為功率、離焦量、焊接速度，因此為了獲得具有一定熔深要求的接頭可重點通過調整焊接功率和離焦量來控制；此外通過分析確定了鉭材的最優激光焊接參數。

參考文獻：

[1]胡忠武，李中奎，張小明.鉭及鉭合金的工業應用和進展[J].稀有金屬快報，2004.

[2]鄭喜軍.激光焊接技術綜述[J].河南科技，2013（04）.

[3]徐彬.對激光焊接技術的分析研究[J].科技創新與應用，2013（03）.