CN105215552A - 一种不锈钢焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不锈钢焊接工艺，不锈钢经过前期处理之后，选择合适的焊接工艺参数，利用激光焊和电弧焊的协同作用，改善焊缝质量，提高焊接速度，包括：除油—超声波水洗—酸洗—电解清洗—钝化—激光-电弧复合焊接—机械清理—丙酮超声波清洗—干燥—抛光。除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。激光-电弧复合焊接的工艺参数包括激光器功率900W～3KW，离焦量-0.8～-1.5mm，激光热源和电弧热源之间的距离0.6～1.0mm，焊接电流100A～160A，保护气体为高纯氮气，流量为10～13L/min。该发明结合了激光焊和电弧焊的优点，可是适用于不锈钢板件和管件的焊接，提高焊接处的力学性能，提升焊接效率，并能够有效降低焊接成本。

Description

一种不锈钢焊接工艺

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

复合热源焊接时能够有效地减缓熔池金属的凝固时间，使相变能够较充分的进行，而且有利于焊接熔池中气体的逸出，提高焊缝质量，减少气孔、裂纹、咬边等缺陷。采用激光与MIG复合焊时，通过选用合适的填充金属或者焊丝，改善焊缝金属，对于焊接某些高碳钢、铝合金非常有意义。

(4)增加适应性

电弧的加入增加了工件表面熔合区宽度，使得复合热源焊接降低了对间隙、对中度、错边的敏感性。激光一MIG复合比激光复合提高适应性效果更好。

(5)焊接过程更稳定

当激光和TIG复合焊接时，激光等离子体为电弧稳定燃烧提供充足的带电粒子，使得电弧燃烧稳定并吸引电弧，在高速焊接时不易发生电弧漂移或拉断现象。当激光和MIG复合焊接时，由于激光和电弧之间的作用使焊接过程变得非常稳定，甚至可以实现无飞溅焊接。

(6)焊接效率大大提高

激光与电弧复合能够提高焊接速度，而且与常规弧焊相比，热输入量较小，因此热影响区较小，这就意味着焊后变形量较小，相应的焊后处理工作减少，工作效率提高。

(7)更适用于焊接一些特殊材料。

当采用直流反接时，电弧可在激光焊接之前清洁焊缝表面，去除氧化膜，从而更有利于焊接铝合金。

由于等离子弧刚性好、温度高，方向性强、电弧引燃性好；而且电极在喷嘴内部，减少了高温金属蒸汽对电极的污染。1992年首先开始等离子弧与激光复合热源焊接技术的研究.与TIG电弧相比，等离子弧的能量密度更大，弧长更长，加热区更窄，对外界的敏感性更小，非常利于进行复合焊接。因而，这种焊接方法在薄板对接、镀锌板搭接、铝合金焊接及切割、表面合金化等方面的应用都有研究。

激光一等离子弧复合焊接可以旁轴，也可以同轴。旁轴复合方式与旁轴复合基本相似。同轴复合方式根据目前文献的报道主要有两种形式。一种是环状电极产生等离子弧，激光束从等离子弧的中间穿过，则是以空心电极方式将C02激光与等离子弧进行同轴复合，激光束从空心的钨极中间穿过。等离子弧在此主要有两个功能：(1)为激光焊接提供额外的能量，增加整个焊接过程的效率和可操作性；(2)等离子弧环绕在激光周围，可以产生热处理的效果，减少冷却时间，从而减少了硬化和残余应力的敏感性，改善焊缝的微观组织性能，提高焊缝的力学性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种不锈钢焊接工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种不锈钢焊接工艺，不锈钢经过前期处理之后，选择合适的焊接工艺参数，利用激光焊和电弧焊的协同作用，改善焊缝质量，提高焊接速度，包括：除油——超声波水洗——酸洗——电解清洗——钝化——激光_电弧复合焊接——机械清理——丙酮超声波清洗——干燥——抛光。除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。激光_电弧复合焊接的工艺参数包括激光器功率900W——3KW，离焦量-0.8——-1.5mm，激光热源和电弧热源之间的距离0.6——1.0mm，焊接电流100A——160A，保护气体为高纯氮气，流量为10——13L/min。

具体实施方式

实施例1

一种不锈钢焊接工艺，不锈钢经过前期处理之后，选择合适的焊接工艺参数，利用激光焊和电弧焊的协同作用，改善焊缝质量，提高焊接速度，包括：除油——超声波水洗——酸洗——电解清洗——钝化——激光_电弧复合焊接——机械清理——丙酮超声波清洗——干燥——抛光。除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。不锈钢为303不锈钢板，尺寸300mm×300mm×5mm，激光_电弧复合焊接的工艺参数包括激光器功率1KW，离焦量-0.8mm，激光热源和电弧热源之间的距离0.6mm，焊接电流110A，保护气体为高纯氮气，流量为11L/min，经过该工艺处理后，焊缝的熔深加深，熔宽减小。

实施例2

一种不锈钢焊接工艺，不锈钢经过前期处理之后，选择合适的焊接工艺参数，利用激光焊和电弧焊的协同作用，改善焊缝质量，提高焊接速度，包括：除油——超声波水洗——酸洗——电解清洗——钝化——激光_电弧复合焊接——机械清理——丙酮超声波清洗——干燥——抛光。除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。不锈钢为1Cr18Ni9Ti不锈钢管，尺寸直径8mm，壁厚1mm，激光_电弧复合焊接的工艺参数包括激光器功率1KW，离焦量-0.5mm，激光热源和电弧热源之间的距离0.6mm，焊接电流130A，保护气体为高纯氮气，流量为13L/min，经过该工艺处理后，焊缝处的拉伸强度得到明显提高，且焊缝均匀。

Claims (3)

1.一种不锈钢焊接工艺，其特征在于不锈钢经过前期处理之后，选择合适的焊接工艺参数，利用激光焊和电弧焊的协同作用，改善焊缝质量，提高焊接速度，包括：除油——超声波水洗——酸洗——电解清洗——钝化——激光_电弧复合焊接——机械清理——丙酮超声波清洗——干燥——抛光。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的除油采用超声波清洗进行除油，溶液使用的是表面活性剂乳化液，溶液温度为80℃，时间5min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光_电弧复合焊接的工艺参数包括激光器功率900W——3KW，离焦量-0.8——-1.5mm，激光热源和电弧热源之间的距离0.6——1.0mm，焊接电流100A——160A，保护气体为高纯氮气，流量为10——13L/min。