[发明专利]一种不锈钢焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢焊接工艺。

背景技术

激光是由于受激辐射产生的一种单色性好，方向性好，亮度高，相干性好的电磁波，由于以上这些显著的特性，激光束的能量才可以汇聚到一个相对较小的点上，使得工件上的功率密度能达到107W/cm2以上。这个数量级的入射功率密度可以在极短的时间内使加热区的金属汽化，从而在液态熔池中形成一个小孔，称之为匙孔。光束可以直接进入匙孔内部，通过匙孔的传热，获得较大的焊接熔深。激光焊接的实质是激光与非透明物质相互作用的过程，这个过程极其复杂，微观上是一个量子过程。宏观上表现为反射、吸收、熔化、气化等现象。

激光焊接的分类

目前，在焊接加工中最常用的激光器主要有气体激光器和固体激光器，气体激光器以二氧化碳激光器为主，固体激光器以YAG激光器为主.根据激光与工件之间的相互的作用方式，激光焊接可分为脉冲激光焊和连续激光焊，脉冲激光焊接时，Nd：YAG激光的脉冲峰值功率能够达到比最大平均功率高30倍以上的水平，因此低功率激光的脉冲峰也能产生很高的能量，使大多数材料达到气化温度，而二氧化碳激光产生的脉冲峰值功率只能达到连续功率，因此脉冲激光焊中大量使用的是YAG激光器。另外利用打开或关闭激光器上的光闸也可以将连续输出的激光用于脉冲焊接。

根据实际作用在工件上的功率密度，激光焊接可以分为热导焊和深熔焊。

热传导焊接时，由于激光的入射功率密度较低，工件吸收的能量不足以使金属气化，只发生熔化，此时金属的熔化是通过对激光辐射的吸收及热量传导进行的，故称之为热导焊。由于没有蒸汽压力作用，在热导焊时熔深一般较浅和宽。这种焊接方法与非熔化级电弧焊相似，熔池形状一般为半球形。

深熔焊接时，工件上的激光功率密度达到100W/cm2以上时，激光束照射到金属表面时，在束斑作用区域内的金属瞬间达到熔化、汽化温度，气态金属产生的蒸汽压力很高，并伴随金属蒸气的电离形成等离子体，汽化金属和等离子体的喷发所产生的反作用力，这些力足以克服液态金属的表面张力并把熔融的金属吹向四周，形成匙孔。由于激光在匙孔内的多重反射，匙孔几乎可以吸收全部的激光能量，再经内壁以热传导的方式通过熔融金属传到周围固态金属中去。当工件相对于激光束移动时，液态金属在小孔后方流动、逐渐凝固，形成焊缝，这种焊接机制称为深熔焊。这种焊接方式常形成深宽比大的焊缝。

激光.电弧复合热源焊接技术是由英国学者W.sten于20世纪70年代末期首次提出来的，其主要思想是有效利用电弧能量，在较小的激光功率条件下获得较大的焊接熔深，同时提高激光焊接对焊缝间隙的适应性，实现高效率、高质量的焊接过程。激光一电弧复合热源焊接是将电弧与激光共同作用在被焊工件上，在激光一电弧复合热源焊接过程中，两种能量相互作用、相互影响，激光在熔池中形成的匙孔吸引、压缩电弧，使得电弧的电流密度大大提高，使焊缝形状发生改变，并由于激光的吸引作用增强了焊接过程的稳定性，由于电弧的介入，激光焊接对焊缝间隙的适应性也大大提高，并增加了被焊工件对激光的吸收率，从而实现了高效率、高质量的焊接过程。复合使得两种热源既充分发挥了各自的优势，又相互弥补了对方的不足，从而形成了一种高效的热源。

由于激光与电弧复合热源焊接的方法恰好弥补了激光或电弧作为单一热源的不足，并且由于复合热源在提高焊接过程稳定性和焊接质量，降低成本方面较单一热源具有较大的综合优势，而且由于近年来对大厚板件和一些难焊材料的加工要求逐渐增加，利用复合热源进行焊接生产已经成为了各国研究者所针对的热点研究问题，并成为未来的发展趋势之一。

激光一电弧复合热源的主要优点是：

(1)降低焊接成本

熔融金属表面的反射率要比固态金属表面的反射率低。当激光辐射到母材的液态熔池时，母材能够吸收更多激光的能量，提高熔化深度。复合热源焊接与同等功率的单独激光焊接相比平均提高熔深50％以上，保证同等熔深条件下可以提高焊接速度1～2倍。这就意味着降低了激光器的功率等级、提高效率，从而降低焊接成本。

(2)改善焊缝成形

激光与电弧复合焊接所形成的较大熔池，可以改善熔化金属与固态母材的润湿性、消除焊缝咬边现象。而且激光和电弧的能量都可以单独调节，将两种能源适当配比即可获得不同的焊缝深宽比。

(3)减少焊接缺陷和改善微观组织