低合金高强钢激光焊接的研究现状与展望

发布时间：2021-01-24 20:05

　　随着当今社会绿色经济的发展,及对降低能耗要求的提高,低合金高强钢以其优异的综合性能成为装备轻量化设计与制造中的主要结构材料。激光焊接作为一种先进焊接手段,以能量密度大、热输入小、焊缝质量高、易于实现自动化等优点,被广泛应用于低合金高强钢的焊接中。本文在综述了低合金高强钢特点、激光焊接原理、特点及设备的基础上,针对低合金高强钢激光焊接中的塑韧性下降、控制变量过多、激光光斑尺寸较小、等离子体效应等问题及其解决方法进行了详细论述,以期为低合金高强钢激光焊接的高质量工程化应用提供一些建议和思路。 

【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(11)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

焊接方式示意图

在低合金高强钢的激光焊接过程中,经过聚焦后的激光光斑直径很小,因此对夹具的精密度要求很高,不然可能会出现激光穿过被焊工件或者偏离焊缝中心的现象,影响焊接质量。同时过小的光斑和极高的能量密度使得在焊接过程中深熔匙孔形成时熔融金属的外流,熔池的波动和极大的温度梯度,这些都极易造成咬边等缺陷,其中咬边缺陷的出现将导致母材有效面积减少和应力集中,咬边边缘出现淬硬组织极易产生裂纹,极大降低了工件的疲劳强度和断裂韧性。为了解决此类问题,学者们对光束模式进行了改善,在不降低激光能量密度的前提下增加激光作用面积,从而降低温度梯度,减小应力集中,而多焦点和旋转焦点技术就是为改善此类问题而提出的。汪苏等[39-40]研究了多焦点与旋转焦点技术,其工作原理如图2所示。利用透镜与反射镜的配合,将激光束分解为多道激光,这样就可以在焊缝处形成多个焦点从而增加激光作用面积,而且可以根据需求调整激光焦点位置,如平行分布在焊缝两侧的光束模式可以增加熔池尺寸,焊接宽焊缝材料,而前后分布在焊缝中心可以通过调控焦点间的距离影响工件焊接时的能量分布,降低焊接时的温度梯度,避免咬边等缺陷的出现。旋转焦点技术则通过控制透镜与反射镜使其有规律的运动,从而使得焦点可以做旋转式前进,这样就可以增大焊缝宽度,降低激光焊接对工件精度的要求,并且有利于焊接过程中熔池气体的溢出,减小了焊件中产生气孔的可能性。通过对多焦点和旋转焦点技术的开发,可以有效增加焦点与被焊材料的接触面积,在一定程度上可以缓解温度梯度过高的问题,增加熔池的冷却时间,缓解了焊接过程中气孔和咬边缺陷的产生,所以此类技术的发展将极大降低激光焊接中对装夹精度和焊缝宽度的要求,并能在一定程度上提高焊接质量,是未来激光焊接的发展趋势之一。3.2 等离子体效应控制技术

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：2997850