鉭材激光焊接工藝試驗(yàn)研究

李格妮

摘 要：采用激光焊對(duì)鉭材零件的焊接進(jìn)行試驗(yàn)研究，選用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案并通過極差分析確定功率、焊接速度、離焦量三個(gè)影響因素對(duì)焊縫熔深的影響，試驗(yàn)完成后對(duì)接頭進(jìn)行微觀金相檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用激光焊可以解決鉭材的焊接，并且獲得了高質(zhì)量高可靠的焊接接頭。

關(guān)鍵詞：鉭；激光焊；正交試驗(yàn)；焊接參數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.008

0 引言

激光焊利用激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度等特點(diǎn)進(jìn)行工作，通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時(shí)間內(nèi)使被焊處形成一個(gè)能量高度集中的熱源區(qū)，從而使待焊件熔化并形成牢固的焊點(diǎn)和焊縫。激光焊接具有能量密度高熱輸入小，焊縫和熱影響區(qū)窄，焊接質(zhì)量高，焊接精度高、效率快等優(yōu)點(diǎn)。

鉭熔點(diǎn)高達(dá)2996℃，耐磨損抗腐蝕，是重要的功能材料，在航空航天、電子行業(yè)、能源行業(yè)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用；在高溫下極易氧化，形成固溶體、金屬間化合物，導(dǎo)致強(qiáng)度、硬度增大而塑性、韌性下降，易出現(xiàn)晶粒粗大，形成氣孔及裂紋，對(duì)焊接造成了極大的困難；鉭的熱導(dǎo)率高，焊接需要的耗能偏大，但是焊接熱輸入偏大時(shí)易引起晶粒粗大；焊接熱輸入偏小時(shí)熔池熔化不良，因此，鉭的焊接必須選擇合適的焊接熱輸入以保證焊縫質(zhì)量。此外，由于零件待焊部位厚度薄，焊接過程容易出現(xiàn)焊穿、鉭材熔化量過大導(dǎo)致變形，而且焊后需要保持直角，并且要求兩零件保持同軸。為了獲得滿足熔深要求，熱影響區(qū)和晶粒度較小的焊接接頭，根據(jù)零件尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及焊接要求，本文采用高能束的激光焊對(duì)鉭材零件進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)材料選用Ta1，材料狀態(tài)為退火，化學(xué)成分如表1所示。

1.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過對(duì)激光焊的影響因素進(jìn)行分析，確定了本研究的主要影響因素有，功率（A）、焊接速度（B）、離焦量（C），每個(gè)因素取三個(gè)水平，采用正交試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素水平表如表2所示，各因素間正交試驗(yàn)安排如表3所示。

2 激光焊試驗(yàn)結(jié)果及分析

按照表3的試驗(yàn)方案進(jìn)行激光焊試驗(yàn)，對(duì)獲得的接頭進(jìn)行微觀分析，在觀察接頭組織之前，對(duì)接頭焊縫進(jìn)行有效處理，將試件接頭進(jìn)行鑲嵌以便觀察，接頭金相組織分9組實(shí)驗(yàn)。9組試驗(yàn)接頭內(nèi)部均未出現(xiàn)氣孔、裂紋、夾渣等焊接缺陷，9組試驗(yàn)下焊接結(jié)構(gòu)的熔深及焊縫區(qū)晶粒大小，其結(jié)果如表3所示。由于焊接過程中沒有出現(xiàn)氣孔、裂紋、夾渣焊接缺陷，因此將熔深和焊縫區(qū)晶粒大小作為評(píng)判焊縫質(zhì)量的指標(biāo)。

由表3可知，隨著功率的增大，焊接熱輸入增大，熔深及晶粒大小也相應(yīng)的增大，根據(jù)極差計(jì)算公式得出在功率、焊接速度、離焦量三個(gè)影響因素下，熔深及晶粒大小的極差值如表4所示。

由極差計(jì)算結(jié)果可知，熔深的極差中功率的極差值最大，焊接速度極差值最小。由極差值的大小可確定功率對(duì)熔深的影響最大，其次是離焦量，焊接速度對(duì)熔深的影響最小。因此，為了獲得滿足熔深要求以及合適熱影響區(qū)范圍的焊接接頭可重點(diǎn)通過調(diào)整焊接功率和離焦量來控制。

根據(jù)表4，將功率、焊接速度、離焦量每個(gè)因素三個(gè)水平下的熔深值相加，值越大表明該水平對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響越大。通過計(jì)算，得到每個(gè)因素三個(gè)水平下的熔深值，功率280W時(shí)熔深最大為0.975mm，焊接速度7r/s時(shí)熔深值最大為0.793mm，離焦量-0.1mm時(shí)熔深值最大為0.792mm。因此，可確定功率280W、焊接速度7r/s、離焦量-0.1mm，這三個(gè)水平值對(duì)熔深影響較大。方案表中不存在這三個(gè)因素水平組合，結(jié)合極差計(jì)算結(jié)果，功率和離焦量影響較大優(yōu)先考慮這兩個(gè)因素水平，最終確定第九組試驗(yàn)參數(shù)為最優(yōu)的焊接參數(shù)，其中功率為280W、轉(zhuǎn)速8r/s、離焦量為-0.1mm。

3 總結(jié)

（1）根據(jù)鉭材零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、焊接技術(shù)要求以及鉭材本身性能和焊接過程中出現(xiàn)的問題，本文采用高能束激光焊進(jìn)行焊接試驗(yàn)，獲得了高質(zhì)量高可靠的焊接接頭。

（2）選用正交試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過極差分析，確定了激光焊的主要影響因素順序從大到小為功率、離焦量、焊接速度，因此為了獲得具有一定熔深要求的接頭可重點(diǎn)通過調(diào)整焊接功率和離焦量來控制；此外通過分析確定了鉭材的最優(yōu)激光焊接參數(shù)。

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