18-8不锈钢6mm连续CO2激光焊焊接工艺(6) - 图文

18-8不锈钢6mm连续CO2激光焊焊接工艺

一、目的

《特种焊接设备使用与维护》是三年制高职焊接技术及自动化专业的一门专业主干课程。其任务是讲述各种特种焊接方法的过程本质、质量控制、相应焊接设备的构成、工作原理、焊接参数的合理选择及设备使用与维护的技术知识。为了巩固所学常用特种焊接方法与设备的知识，熟悉有关资料，掌握焊接参数的选择和焊接设备的使用与维护，安排了为期一周的课程设计。通过本次焊接工艺设计，锻炼学生们的分析问题的能力，提高焊接操作技能。

二、材料的选择

1、母材的选择：母材选用尺寸为300mm×100mm×6mm的18-8不锈钢两块 （1）主要特征：该钢属于奥氏体不锈钢，耐腐蚀、焊接性好。材料的化学成分见表1：

表1 18-8不锈钢化学成分

元素 含量 C ≤0.08 Mn ≤2.00 P ≤0.045 S ≤0.030 Si ≤1.00 Cr 18.0～20.0 Ni 8.0～11.0 （2）力学性能：抗拉强度σb(MPa)≥520,屈服强度σ0.2 (MPa)≥205,伸长率 δ5 (%)≥40,断面收缩率 ψ(%)≥60,硬度：≤187HB;≤90HRB;≤200HV.

（3）交货状态及应用情况：一般交货状态为热轧钢，18-8不锈钢具有优良的耐腐蚀性能和良好的抗晶间腐蚀性能。广泛的用于制作具有良好综合性能的设备。

三、焊接设备及特点

1、激光焊设备（见图1）

激光焊的设备主要由激光器、光束传输和聚焦系统、焊枪、工作台、电源控制装置、气源、水源、操作盘、数按装置等组成。

图1 焊接设备

2、特点：

（1）输出功率范围大。

（2）能量转换功率高于固体激光器。CO2激光器的理论转换功率为40%。 （3）CO2激光波长为10.6微米，属于红外光，它可在空气中传播很远而衰减很小。

四、焊前准备

1、坡口形式：I型坡口如图2: 2、接头形式及装配要求：

（1）常见的CO2激光焊接头形式：对接接头

图2 坡口形式

（2）激光焊对焊接装配质量要求较高，对接焊时，如果接头错边量太大会使入射激光在板角处反射，焊接过程不稳定。薄板焊时，间隙太大，焊后焊缝表面成型不饱满，严重时形成穿孔。对接接头的装配要求如表2：

表2 装配要求

接头形式 对接接头 允许最大间隙/mm 0.6 允许最大错变量/mm 1.5

3、焊接位置：平焊

4、焊前清理：激光焊过程中，焊件应夹紧，以防止焊接变形。光斑在垂直于焊接运动方向对焊缝中心的偏离量应小于光斑半径，对于钢铁材料，焊前焊件表面需要进行除锈、脱脂处理。要求较严格时焊前需要酸洗，然后用乙醚、丙酮或四氯化碳清洗。

5、安全检查：

（1）劳保用品穿戴规范且完好无损； （2）检查焊接设备和所使用的工具；

五、焊接工艺参数

1、激光功率

激光功率是指激光器的输出功率，连续工作的低功率激光器可在薄板上以低速产生有限传热焊缝。高功率激光器则可用熔孔型加热法在薄板上以高焊速产生窄的焊缝。激光功率主要影响熔深，当光斑直径一定时，熔深随着激光功率的提高而增加。实验结果可用下面的经验公式表示（速度一定）:

h∝Pk

式中 h—熔深（mm）； P—激光功率（W）；

k—常数，k≤1,典型实验值为0.7和1.0。

2、焊接速度

焊接速度影响焊缝的熔深和熔宽。不锈钢的速度为v=100～300cm/min。如果焊速过高，会导致焊不透；但若焊接速度过低，又会使材料过度熔化，熔宽急剧增大，甚至导致烧损和焊穿。在焊接速度较高时，随着焊接速度增大，熔深减

小的速度与电子束焊时熔深减小的速度相近。在较高速度下焊接可更大程度地发挥激光焊的优势。

3、光斑直径

在入射功率一定的情况下，光斑尺寸决定了功率密度的大小。为了实现深熔焊，焊接时激光焦点上的功率密度必须大于106W/cm2。要提高功率密度，有两个途径：一是提高激光功率；二是减小光斑直径。

4、离焦量

离焦量是工件表面至激光焦点的距离。焦点处激光光斑最小，能量密度最大，通过调节离焦量可以在光束的某一截面选择一光斑直径使其能量密度适合于焊接。

5、保护气体

深熔焊时，保护气体有两个作用：一是保护焊缝金属免受有害气体的侵袭，防止氧化污染；二是抑制等离子体的负面效应。保护气体多用氩气或氦气。氦气具有优良的保护和抑制等离子体的效果，焊接时熔深较大。如果在氦气里加入少量氩气或氧气，可进一步提高熔深，所以广泛使用氦气作为激光焊保护气体。

6、连续CO2激光焊的焊接参数见表3:

表3 焊接参数

材料 厚度/mm 焊接速度/（cm/s） 18-8不锈钢 6.00 2.00 0.60 7 3.5 缝宽/mm 深宽比 功率/kw

六、焊接预处理

焊前预热及焊后热处理奥氏体另外，焊前预热会使冷却速度减慢，有促进析出碳化物等不良影响，故这种钢一般焊前不进行预热，但对于刚性极大的情况，有时也要进行预热，以防裂纹的产生，而且随着预热温度的升高其裂纹倾向降低。

1、焊后热处理

奥氏体不锈钢一般焊后不进行热处理。但在焊接和正形加工中，析出了碳化物或产生了残余应力和塑性变形时，可进行固溶处理，稳定化处理或消除应力热 处理。钢由于具有较高的塑性，故冷裂纹倾向很小。

2、焊后固溶热处理

适用于对耐蚀性要求极高，热加工时析出碳化物和脆性相以及冷加工产生很大的硬化情况，固溶热处理必须是均匀加热正体构析，不可采用局部加热方法。

3消除应力热处理

原则上是适合于含碳量低于0．03％的超低碳不锈钢及稳定化不锈钢的焊缝区产生的残余应力。消除应力热处理规范，除采取稳定化热处理时的高温保持时间的一半左右外，其余却可按稳定化热处理规范。

七、操作要点及安全注意事项

1、一般防护

（1）在激光加工设备上应设有明显的危险警告标志和信号； （2）激光光路系统应尽可能全封闭；

（3）激光加工场地也应设有安全标志，并采用预防栅栏、隔墙，屏风等。 2人身防护

（1）工作人员必须配备激光防护眼镜，穿白色工作服，以减少漫反射影响； （2）只允许有经验的工作人员对激光器进行操作和进行激光加工； （3）焊接区应配备有效地通风装置。

八、参考文献

1、曹朝霞. 特种焊接技术. 北京：机械工业出版社，2009.2(2013.1重印） 2、陈彦宾. 现代激光焊接技术. 北京：科学出版社，2005

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jfp2.html