18-8不锈钢6mm连续CO2激光焊焊接工艺 (4)

一． 目的

《特种焊接设备使用与维护》是三年高职焊接技术及自动化专业的一门主干课程。其任务主要是讲述各种特种焊接的方法的过程本质、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维护的技术知识。为了巩固所学常用特种焊接方法与设备知识，熟悉有关资料，掌握焊接工艺参数的选择和焊接设备的使用维护，安排了为期一周的课程设计。通过本次焊接工艺设计，锻炼学生们分析问题与解决问题的能力，提高焊接操作技能。

二．内容

编制18-8不锈钢6mm连续二氧化碳激光焊焊接工艺

二． 编制焊接工艺要点

1.母材的技术状况

（1）材料的物理成分：材料密度为7.93g/cm³ （2）材料化学成分如下表1

表1 材料化学成分

化学成C 分 含量≤0.07 （3）性能

Si ≤1.0 Mn ≤2.0 Cr Ni S P ≤0.035 17.0~19.0 8.0~11.0 ≤0.03 （％） 抗拉强度≥520MPa 屈服强度≥205MPa 伸长率≥40％ 断面收缩率≥60％ （4）交货状态

必须经过退火、固溶处理 （5）应用情况

用于家庭用品、橱柜、室内管线、热水器、医疗器具、建材、化学食品工业、农业、船舶部件等应用。

2.焊接材料及技术状况

18-8不锈钢是应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢，作为一种用途广泛的刚，具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械特性。

3.焊前准备

（1）坡口形式：CO2激光焊机最常用的接头形式为对接和搭接，所以工件

开“I”行坡口，如下图1

图1 激光焊坡口形式 （2）接头形式：对接接头

（3）焊接位置：全位置焊接 （4）工件尺寸：300mm×100mm×6mm （5）坡口区域油水、锈的处理：

对于钢铁等材料，焊前对焊件表面进行除锈、脱脂处理即可。在要求比较严格时，需要用乙醚、丙酮或四氯化碳清洗 。

4．焊接设备与工具

（1）设备：CO2激光焊机，由激光器、光束传输和聚焦系统、焊枪、工作台、电控制装置、气源、水源、操作盘、数控装置等组成，如下图2

图2 CO2连续激光焊机

5．焊接确定

不锈钢的激光焊接性较好，奥氏体不锈钢的导热系数只有担纲的1/3，吸收率笔谈刚高，Cr——Ni系不锈钢激光焊时，材料具有很高的能量率和融化效率。不锈钢激光焊的另一特点是，用小功率CO2激光焊焊接不锈钢薄板可获得外光成形良好，寒风平滑美观的接头。

6.激光焊的原理及特点 （1）.激光焊的概述

激光焊是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法。与传统的焊接方法相比，激光焊具有能量高密度高，穿透力强、精度高、适应性强等优点。

（2）.原理

激光是指激光活性物质或称工作物质受到激励，产生辐射，通过光放大而产生一种单色性好、方向性强、光亮度高的光束。经透射或反射镜聚焦后可获得直径小于0.01mm、功率密度高达106到1012W/cm2的能束，可用作焊接，切割及材料表面处理的热源。

激光焊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，宏观上则是表现为反射、吸收、加热、熔化、汽化等现象。

（3）.特点

① 聚焦后的激光焊功率密度可达106到1012W/cm2甚至更高，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，易于实现深熔焊和高速焊接，特别适合精密焊接和微细焊接。

② 可获得深宽比大的焊缝，激光焊的深宽比目前已超过12：1，焊接厚件时不开坡口一次成形。

③ 适宜于常规焊接方法难以焊接的材料，如难熔金属、热敏感性强的材料以及物理性能、尺寸和体积差异悬殊的工件间焊接；也可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等。

④ 可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位。 ⑤ 可穿过透明介质对密闭容器内的工件焊接。

⑥ 激光束不受电磁干扰，不存在X射线防护问题，也不需要真空保护。 ⑦ 激光焊难以焊接发射率高的金属。 ⑧ 对焊接工件加工、组装、定位要求高。 ⑨ 设备一次性投资大。 7．焊接工艺参数的确定

（1） 激光功率;激光功率主要影响容深，当光斑直径一定时容深随着激

光功率的提高而增加。又是本上可以确定当18——8不锈钢板厚为6mm时其激光功率为3.5kw。

（2） 焊接速度：焊接速度影响焊缝的容深和容宽，深熔焊时，容深与焊

接速度成反比。由表可见其焊接速度为2.140m/s。

（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，焊接时激光教点上的功率密度必须大于1000000w/cm2.要提高功率密度有两个途径：一时提高激光功率，二是减小光斑直径。

（4） 离焦量：离焦量是工件表免至激光焦点的距离，一ΔF表示。焦点

处激光光斑最小能量密度最大，通过调节离焦量ΔF可以在光束的某一截面选择光斑直径使其能量密度适合与焊接。工件表面在焦点以内时为负离焦，与焦点的距离为负离焦量，反之为正离焦，ΔF>0. （5） 保护气体：深熔焊时，保护气体有两个作用：一是保护气体焊缝金

属免收有害气体的侵袭，防止氧化污染；二是抑制等离子体的负面效应。气体流量对熔深也有影响。在一定气体流量范围内，熔深随气体流量的增加而增大，超过一定值后，熔深基本保持不变。

8．操作要点及安全注意事项

（1） 焊接过程

①激光焊对焊接装配质量要求较高，先装配好工件。 ②将焊件夹紧，以防止焊接变形。 ③开始焊接，在起焊和收尾时逐渐过渡 ④焊接完成后，取下工件。 ⑤关闭焊机，打扫工作场地。 （2） 焊接质量检验

判断激光焊焊缝质量的好坏一般分为为非破坏性检验和破坏性检验。

①非破坏性检验：激光焊缝非破坏性检验主要是目视检验。检验者采用一些适宜的工具和放大镜，相机或其他测量检验工具对焊缝缺陷存在数量，长度外观及位置按照图纸进行检验。在激光焊接缺陷中，气孔，焊接飞溅，焊穿，中断的焊缝边缘熔接等问题都是可以通过目视检验出来。 ②破坏性检验：激光焊缝的破坏性检验分为金相实验和凿击试验两种：金相检验是通过显微镜对焊缝额横断面磨片进行判定的一种常见的缺陷一般为无连接边缘缺口，根部突起等。检验的频次取决于工艺的可靠性，

对于设备故障或质量缺陷对激光参数调整后，必须对焊缝做金相试验评定。凿击试验是借助凿子，是激光焊缝受力凿打直至出现断裂然后测量断裂面的一种检验方法，凿击检验能反映出激光设备的可靠性所以凿击检验一般在离生产线近的地方进行，当焊缝被发现有不合格时就可以通知相应工艺和维修人员。 （3） 安全注意事项

激光对人体健康的危害：焊接和切割中所用激光器输入功率或能量非常高，激光设备中又有数千伏至万伏的高压激光电源，能对人体造成伤害。激光加工过程中应特别注意激光安全防护，激光是不可见光不容易发现，易忽视。激光安全防护的重点是对眼睛和皮肤，此外也应注意防止火灾和电击等否则将至人身伤亡或其他危害极大事故.

① 对人皮肤的伤害：皮肤受到激光的直射造成烧伤，特别是聚焦点后激光功率密度十分大，伤害更大，会造成皮肤烧伤。长时间受紫外线漫反射影响，可能皮肤老化，炎症和癌症等病变。 ② 对眼睛的伤害：眼睛是人体最重要也是脆弱的器官最容易受到光的伤害。

③ 其他方面：激光束直接照射或强反射会引起可燃物的燃烧导致火灾。

（4）激光的安全与防护

①一般防护：激光的安全与防护应从激光焊机设备做起，在激光加工设备上应设有明显的危险警告标志：如激光危险，高压危险等设备应有各种安全保护装置（激光光路系统应尽可能全封闭，激光加工场地也应设有安全标志，并采用预防栅栏、隔墙等防止无关人员误入危险区。

②人身防护：激光器现场操作和加工工作人员必须配备激光防护眼镜，穿白色工作服，以减少漫反射的影响，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，焊接反应配备有效的通风装置。

四． 参考文献

1.《特种焊机技术及应用》 李亚江 王娟 夏春智 化学工业出版社。 2.《特种焊机技术》 曹朝霞 机械工业出版社

3.雷世明 焊接方法及设备【M】. 北京：机械工业出版社，2002 4.英若采 熔焊原理及金属材料焊接. 北京：机械工业出版社，2000