CN103084735A - 不锈钢薄壁无气孔激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明不锈钢薄壁无气孔激光焊接方法,其特征是; 不锈钢壁厚3mm≥δ≥0.5mm;焊接工艺参数:脉宽1~3ms,频率40~50Hz,单点能量5~7J,功率2.5~3.5kW,速度 5 ~ 12mm/s;坡口开设为V形,或坡口开设为间槽形;坡口角度θ=15°~20°或坡口间槽宽度a=0.1~0.2mm,深度h=0.5~2mm。本发明实现无填充材料的自熔激光焊接,焊缝中无贯通性气孔,焊接工艺效率较高,能适应大批量生产,也可在小批量生产中使用。
Description
技术领域
本发明涉及的是不锈钢激光焊接方法,特别是不锈钢薄壁无气孔激光焊接方法。
背景技术
激光焊是利用激光束,在金属表面形成高温,使金属表面熔融,以实现焊接作用。目前已广泛应用与汽车、电子等行业,其特点是适用于小焊区、薄壁件焊接。激光焊接与传统的电焊等焊接方法相比,焊缝表面质量高,热影响区小,焊接残余应力低。
但在应用中也发现了一些问题,由于脉冲激光束作用于金属表面时,是一个能量周期变化过程,焊缝周围的保护气体和空气,在脉冲能量作用下流速加快,容易进入熔融区,特别是不锈钢材料,其熔铸性较差,很容易在熔池内行成气孔。
在一般结构件焊接中,对焊缝中的气孔要求并不严格,即使是贯通性气孔,也允许存在。但在石油、化工装备行业,有介质密封要求的情况,贯通性气孔是不允许存在的。
附图1所示,是无坡口、无填充材料的激光自熔焊接,焊后焊缝区的截面特征如图2所示。这种激光自熔焊接可满足一般结构件连接的焊接要求,但焊缝中易出现贯通性气孔,其原因是激光焊的熔池比较浅,而保护气体和空气受激光脉冲的作用,会被搅动并发生快速流动,不断进入熔池而形成气泡,较浅的熔池对气泡的浮力作用小,温度下降快,结晶也较快,当气泡尚未脱离熔池时,熔池已结晶,气泡就会成为焊缝中的气孔,当气孔直径大于熔池深度时,则形成贯通性气孔。具体来说壁厚<0.5mm时,会因熔池太小,使结晶较快,壁厚>3mm时,会因散热快也使结晶较快,气孔出现的概率都会加大。
对于焊接壁厚3mm≥δ≥0.5mm的不锈钢件,以304不锈钢材料,长度为100mm的焊缝为例,所适用的激光焊机的焊接参数及状态见附表1。其在总焊缝条数中出现贯通性气孔的焊缝条数所占的百分比是80~90%,可见气孔的发生率是很高的。既使调整焊接参数,也没有明显变化。焊接参数是针对一定的焊接壁厚尺寸设定的,对于一定的焊接壁厚尺寸,焊接参数要与其对应,调整至合理状态,否则熔池难以形成,不能正常焊接。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于焊接壁厚3mm≥δ≥0.5mm的不锈钢件,焊缝中无填充材料、焊缝无贯通性气孔的不锈钢材料激光焊接方法。
本发明激光焊接方法:
针对不锈钢材料,壁厚在3mm≥δ≥0.5mm,焊缝中无填充材料;
焊接工艺参数:脉宽1~3ms,频率40~50Hz,单点能量5~7J,功率2.5~3.5kW,速度5~12mm/s;
坡口开设:坡口形式不论是外圆对接环焊缝还是平面对接焊缝,坡口设计分别为如图3所示的V形或图5所示的间槽形两种形状;
坡口角度θ=15°~20°或坡口间槽宽度a=0.1~0.2mm,深度h=0.5~2mm;壁厚≤1mm时,深度可与壁厚基本相等。
根据坡口加工难易程度,外圆对接环焊缝主选V形焊接坡口,平面对接焊缝可选平行间槽形坡口。其焊缝成形特征见图4、图6。
焊接工艺参数与焊接壁厚尺寸有关,对应焊接壁厚尺寸由小至大,除焊接速度外,焊接工艺参数选值也相应由小至大,具体焊接工艺参数选择见附表2、3。若所取焊接工艺参数值小于此范围下限,会出现熔透性差的问题,焊缝会有缺口,导致焊接不上;若所取焊接工艺参数值大于此范围上限,会出现过度熔透的问题,会将焊接处焊漏。焊接速度与其它参数相反,对应焊接壁厚尺寸由小至大,焊接速度则由快到慢。原因是较大的壁厚尺寸,所需的焊接能量偏大,速度慢会增大单位长度上的能量。
坡口角度或坡口间槽宽度的开设与深度相关,坡口深度浅时所需的坡口角度或坡口间槽宽度则相对大些,利用焊件表面熔融后,在重力和高温气流作用下的金属流动特点,使坡口内连续熔铸,形成窄缝特征的熔池,其形成的熔池深度比无坡口焊接的熔池深,结晶速度相对慢些,熔池中的气泡在浮力作用下,会分布于接近表面的区域,并在焊缝结晶前脱离熔池,不致成为贯通性气孔。
壁厚在3mm≥δ≥0.5mm,坡口角度θ=15°~20°或坡口间槽宽度a=0.1~0.2mm,所形成的缝隙和深度与金属流动状态相匹配,坡口角度、坡口间槽宽度或大或小都会使焊接质量变差,坡口角度大、坡口间槽宽,使熔池变宽变浅,结晶快且气泡进入多,易出现气孔。坡口角度小、坡口间槽窄,则使熔池呈表面浅层特征,即与无坡口近似,也易出现气孔。平面对接焊特点与外圆环焊缝相同。
一些熔融性相对更差的不锈钢,焊缝出现贯通性气孔的可能更大,在上述工艺条件下,对于此类不锈钢,可利用激光焊,热影响区小的特点,在坡口左、右两侧依次多遍焊接的方法焊接,坡口两侧形成的熔池相互叠加,其焊缝成形特征见图7。可充分满足焊接连接强度和无贯通性气孔的质量要求。
本发明实现不锈钢壁厚在3mm≥δ≥0.5mm,小熔深,无填充材料的自熔激光焊接,焊缝中无贯通性气孔,坡口的加工较方便,有良好的工艺性,焊接工艺效率较高,能适应大批量生产,也可在小批量生产中使用。
附图说明
图1是现有技术无坡口、无填充材料的激光自熔焊接示意图。
图2是焊后焊缝区域呈表面浅层状态特征示意图。
图3是本发明V形坡口示意图。
图4是V形坡口焊后焊缝区域呈表面纵深特征示意图。
图5 是本发明间槽形坡口示意图。
图6是间槽形坡口焊后焊缝区域呈表面纵深特征示意图。
图7是坡口左、右两侧依次焊熔池叠加示意图。
具体实施方式
不锈钢薄壁无气孔激光焊接方法;
1、不锈钢壁厚3mm≥δ≥0.5mm,焊缝中无填充材料;
2、焊接工艺参数:脉宽1~3ms,频率40~50Hz,单点能量5~7J,功率2.5~3.5kW,速度5~12mm/s;
3、坡口开设:外圆环对接焊缝或平面对接焊缝,坡口开设为附图3所示的V形,或坡口开设为图4所示的间槽形;
坡口角度θ=15°~20°或坡口间槽宽度a=0.1~0.2mm,深度h=0.5~2mm。
具体实施例见附表2、3。
附表1
附表2
附表3
Claims (3)
Priority Applications (1)
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CN2012104746271A CN103084735A (zh) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | 不锈钢薄壁无气孔激光焊接方法 |
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CN103801832A (zh) * | 2014-02-27 | 2014-05-21 | 湖北中航精机科技有限公司 | 用于焊接车辆座椅t型接口的激光焊接方法及车辆座椅 |
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2012
- 2012-11-21 CN CN2012104746271A patent/CN103084735A/zh active Pending
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