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0431-81702023
光學工程
不銹鋼板激光焊接變形的研究

 前言

  不銹鋼材作為一種新型材料,憑借自身具有耐腐蝕性、成型性等特點,在航空航天、汽車配件等領域得到了廣泛應用。而激光焊接在不銹鋼中的應用占據十分重要的位置,特別是汽車行業,車身全部采用焊接方式連接。但是,受到諸多因素的影響,不銹鋼板焊接存在變形問題、且控制難度較大、不利于相關領域可持續發展。因此,加強對不銹鋼板激光焊接變形的研究具有重要意義。

  1 激光焊接概述

  激光焊接主要是指利用激光能作為熱源融化并連接工件的一種焊接方法。激光焊接過程中,激光照射到被焊接材料表面,與其產生作用,一部分被反射、余下的被吸收,進入材料內部,完成焊接目標。簡而言之,激光焊接的過程是使用經光學系統聚焦后具有的高功率激光束,照射到被焊材料表面,然后充分利用材料對光能吸收來進行加熱等處理袁 最后經過冷卻形成焊接接頭的一種融化焊接過程。通常情況下,激光焊接主要分為熱導焊與深熔焊兩類。

  2 焊接變形產生的危害及影響焊接變形的主要因素

  影響焊接變形的主要因素有焊接電流、脈寬及頻率遙。焊接電流增加,焊縫寬度也隨之增加,逐漸出現飛濺等現象,導致焊縫表面出現氧化變形情況,并伴有粗糙感;脈沖寬度增加,使得焊接接頭強度增加,當脈沖寬度達到一定程度時,材料表面的熱傳導能量消耗也隨之增加,蒸發使得液體從熔池中濺出,導致焊點截面積變小,影響接頭強度;焊接頻率對不銹鋼板焊接變形的影響與鋼板厚度等方面息息相關,如針對0.5mm不銹鋼板來看,當頻率達到2Hz時,焊縫重疊率較高;而當頻率達到5Hz時,焊縫灼燒嚴重,熱影響區范圍較廣,產生變形情況。由此可見,加強對焊接變形的有效控制勢在必行。

  3 避免激光焊接變形的有效對策

  為了減少激光焊接變形問題,提高不銹鋼板焊接質量,可以從優化焊接工藝參數入手,具體操作方法如下:

  3.1 積極引進正交實驗法

  正交實驗法主要是指一種通過正交表分析和安排多因素試驗的數理統計方法。其能夠利用較少的試驗獲取有效的結果,并推斷出最佳實施方案。同時,還能夠進行深入分析,獲取更多相關信息,為具體工作提供依據。一般選擇焊接電流、脈沖寬度及激光頻率等作為重點考察對象,將焊接變形視為指標,將其控制在最小值,并堅持合理原則,將因素水平控制在適當范圍內。如對于厚度為 0.5mm 的不銹鋼板,電流可以控制在 80~96I/A 之間;頻率為 2~5f/Hz之間等。

  3.2 正交表的選擇

  通常情況下,試驗因素水平數應與正交表中的水平數相一致,因素個數應小于正交表中的列數,合理設計正交表能夠為后續研究工作提供相應支持和幫助。

  3.3 試驗結果極差分析

  通過對厚度為0.5mm不銹鋼板試驗結果來看,每列極差均不相等,證明各要素不同水平具有特殊性,產生的影響也不盡相同,對激光焊接變形影響依次為電流、脈寬及頻率,綜合各項因素,激光最佳焊接工藝參數應將電流控制85A,脈寬為7ms,頻率為3Hz,將焊接工藝參數控制在三個數值能夠保障厚度為0.5mm不銹鋼板焊接變形最小。

  對于不銹鋼板厚度為0.8mm的不銹鋼板,在滿足焊縫抗拉強度基礎上確保變形最小時,應將電流、脈寬及頻率等參數分別控制在124A、8ms、4Hz。而厚度為1mm的不銹鋼板分別為160A、11MS、5Hz。在激光焊接過程中,焊接人員將各項參數控制在合理范圍內,不但能夠提高焊接質量和效率,且能夠避免鋼板變形,滿足生產需求。隨著科學技術快速發展,控制焊接變形技術也隨之發展,如有限元模擬在焊接變形控制中的應用等,通過借助焊接溫度及應力避免焊接變形問題,提升不銹鋼板應力均衡性,在避免鋼板焊接變形的同時,還能夠提高焊接質量,從而促進相關領域健康發展。

  4 結 論

  根據上文所述,激光焊接工藝作為一種有效焊接技術,在提高焊接質量等方面發揮著積極作用。但是,受到激光電流等因素的影響,不銹鋼板激光焊接存在變形等問題。對此,焊接人員可以采取正交實驗法獲取不同厚度鋼板最佳工藝參數,結合參數進行焊接工作,不斷提高焊接質量,從而最大限度避免鋼板變形情況的發生。


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