1Cr18Ni9TiCO2激光焊接的工艺分析

1Cr18Ni9TiCO2激光焊接的工艺分析

张凯

张凯ZHANGKai

（海军驻昆明地区军事代表室，昆明650000

（NavyMilitaryAgentRoomofKunmingArea，Kunming650000，China）

摘要院激光焊接技术作为一种重要的现代熔融焊接技术，广泛应用于机械、化工、核电、电子工业等行业，它使用激光束作为其主要能量来源，将激光直接冲击在焊件的接头处，实现了自动化高速焊接。本文以1Cr18Ni9TiCO2激光焊接为例，研究分析了CO2激光焊接的工艺特点及焊接质量的影响因素，并对不同厚度1Cr18Ni9Ti材料进行了焊接实验，结果显示厚度越大，允许的最大焊速越小、焊缝宽度越宽。

Abstract:Thelaserweldingtechnology,asanimportantmodernfusionweldingtechnology,iswidelyusedinmachinery,chemical

industry,nuclearpower,electronicindustry,etc.Ittakesthelaserbeamasitsmainenergysource,installsthelaserdirectlyonthewelding

junction,andrealizestheautomatedhighspeedwelding.Takingthe1Cr18Ni9TiCO2laserweldingasanexample,thispaperresearchesand

analyzestheprocesscharacteristicsofCO2laserweldingandtheinfluencingfactorsofweldingquality,andcarriesonthewelding

experimentonthe1Cr18Ni9Timaterialwithdifferentthickness.Theresultsshowthatthethickerofthethickness,thesmallerofthe

maximumallowableweldingspeed,thewideroftheweldwidth.

关键词院激光焊接；工艺参数；不锈钢

Keywords:laserwelding；processparameters；stainlesssteel

中图分类号院TH16文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）27-0046-02

0引言激光焊接技术是激光材料在加工应用中所涉及到的重要技术之一，其发展最早可追溯至二十世纪六十年代，它是在传统焊接技术的基础上形成和发展起来的，是对传统技术的改革和创新，其焊接效率更高、不易变形、抗电磁干扰能力强、可达性较好。而到了二十世纪七十年代，激光焊接技术被直接应用于低速焊接和薄壁材料焊接，是一种热传导型的焊接，它通过热传导的方式将焊接材料表面的热量迅速传递至内部，并经过一系列内部调控之后，实现了对激光脉冲宽度、能量值、重复频率等参数的有效控制，加工者可以按照自己的个性化需求进行调节，最终完成工件的熔化，从而形成了一个特定的熔池。随着大功率激光器的不断发展，激光焊接技术的应用领域也进一步扩展，越来越多地被应用至微型零件和小型零件等高精密度零件的焊接中[1-2]。因此，本文以1Cr18Ni9TiCO2激光焊接为研究对象，研究和分析了其焊接工艺的特点，并就影响其焊接质量的因素进行了集中论述，并得出了最终结论，指出了1Cr18Ni9TiCO2激光焊接工艺研究的重要性。

1大功率激光焊机焊接的工艺特点大功率CO2激光焊与传统焊接相比，其在焊接材料、条件及焊接质量等方面有其显著的特点和优势，在化工、机械、核电、电子制造等行业发挥着越来越重要的作用，其焊接效果和质量较好。大功率激光焊接机焊接的优点主要表现在以下几方面：一是焊接时，焊接加热的面积更小，进一步减小了其焊缝的宽度和热影响区域的范围，同时焊件接头的性能也趋于优良；二是焊接时，焊接所产生的残余应力相应减小，焊件的变形度也相应变小，实现了高质量、高精度、高效率的激光焊接，符合现代焊接工艺的总体要求；三是大功率激光焊接机实现了对难熔性材料、高敏感度材料、高熔点材料以及高热导材料和非金属材料的焊接，并且焊接效果较好，适应了复杂条件下的焊接，激光光束较为集中，不易发生偏移；四是这一激光焊接技术可以应用于真空、空气以及其他气体条件下的焊接，可直接穿过玻璃或其他光束透明材料的材料完成焊接；五是激光聚焦后，其功率密度值更高，在进行高功率焊接时，一般情况下，其深度与宽度之比可达到5：1，最高可达10：1。大功率CO2激光焊的焊接速度快，焊接效率高，并且便于操作，自动化程度高，生产率高。由于以上优点，大功率CO2激光焊在生产中成为焊接技术发展的主流方向[3]。

2影响激光焊接质量的因素目前，就技术层面而言，影响激光焊接质量的因素众多。分析整个激光焊接的工艺过程，我们即可得知，影响激光焊接工艺质量的主要因素为小孔效应的形成以及焊接时等离子体的作用功效。在此基础上，研究人员进一步深化研究方向，研究焊接质量与焊接材料性能、激光焊接工艺以及激光束的具体特性之间的关系，并得出了相关结论[4]。

2援1激光焊接质量与光束能量特性的关系一般情况下，光束的能量特性主要由光束波长和其功率密度两部分组成。技术研究人员认为，在焊接材料差异性较小时，焊接的熔深与其功率呈线性关系，直接影响着焊件的焊接质量。但激光焊接与其相比略有不同，其熔深主要受激光功率密度的影响，只有在焊接时，当激光束的焦点功率密度超出材料的最大阀值时，整个深熔过程才能顺利完成。大功率CO2激光焊机产生的激光波长一般为10.6滋m，只有功率密度达到足够大时，小孔效应才能充分发挥出来，保证材料吸收激光束的机理，增强其吸收率，增强焊接效果。

2援2激光焊接质量与焦点特性的关系激光焊接质量与焦点的特性也存在着一定的联系。光束的焦点特性主要包括焦点的具体位置、焦深、大小、发角几部分内容。受光束发散角影响，当其光斑尺寸在焦点附近变化波动较大时，其激光功率的密度变化量也随之增大，影响焊缝大小。规定焦点位置在工件表面以下为负离焦，工件表面以上为正离焦，研究认为当焦点为负离焦1-2mm时，焊接效果最好，负离焦比正离焦的焊接效果好[5]。

2援3激光焊接质量与焊接速度的关系激光焊接质量与焊接速度也有很大的关系。研究表明，在相同激光功率和离焦量下，焊接深度基本上与焊接速度成反比，即焊接速度越快，熔深越浅。所以对于不同厚度的材料，如果要完全焊透，需要保持不同的速度，文章即根据此进行实验验证。

3实验条件及过程实验采用德国ROFIN-SINAR公司生产的快速轴流RS-17000SM型连续激光器进行不同方式的焊接实验，实验设定输出功率为5kW，实验方式主要有对接焊、角焊及端接焊3种。焊接材料为1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢。取厚度分别为0.13mm、0.25mm及0.42mm的不锈钢板。调整速度，研究3种试样的焊缝焊透需要的焊接速度。

4连续激光焊的工艺性能分析文章采用大功率CO2激光焊接设备对不同厚度的1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了不同方式的焊接实验，试样厚度采用0.13、0.25、0.42三个系列，工艺参数如表1所示。

由以上结果可以看出，材料越厚，对接焊透允许的最大速度越小，焊缝宽度也越宽；图1为试样厚度与焊速的关系；图2为试样厚度与焊缝宽度关系。

对于角缝焊与端接焊，由于不存在焊缝宽度问题，只讨论了符合焊接质量的焊速，同样，试样厚度越大，达到焊接质量允许的最大速度越小。具体数据见表1。

5结论对不同厚度的1Cr18Ni9Ti不锈钢采用激光深熔焊接时，在激光功率相同时，其焊接质量受焊接速度的影响，材料越厚，全部焊透所要求的焊接速度越小，同时焊缝也越宽。为了达到较好的焊接质量，需要对各工艺参数综合考虑，才能得到较好的焊接接头。

参考文献院[1]王家淳.激光焊接技术的发展与展望[J].焊接技术，2000，25（1）：48-53.[2]蔡东升，熊兵.激光焊接工艺对BIDI器件耦合效率影响的研究[J].半导体光电，2014（01）.[3]游德勇，高向东.激光焊接技术的研究现状与发展[J].焊接技术，2008，37（4）：5-9援[4]王剑，邱耕，侯玉新.大功率CO2激光焊机焊接技术的研究与应用[J].工艺与装备，2011（6）：35-36.[5]王家淳，王希哲，惠松骁.HE130合金激光焊5接线能量与焦点位置研究[J].中国激光，2003，30（2）：179-184援