我國汽車工業(yè)對輕量化、安全、排放、成本控制及燃油經(jīng)濟性要求越來越高,這就驅(qū)使汽車工業(yè)采用高強鋼板和--些高強度輕量化材料。北京工業(yè)大學王鵬等采用IPG YLR 6000ST2光纖激光器對寶鋼生產(chǎn)的車用1. 5mm厚高強鋼板進行焊接,并對焊接質(zhì)量與缺陷進行了分析。
一、激光焊接材料及方法
試驗材料為寶鋼生產(chǎn)的高強鋼板,抗拉強度為700MPa,厚度為1.5mm。試樣尺寸為100mmX 50mmX 1.5mm, 50mm邊對接焊,不開坡口。焊接設備采用IPG公司生產(chǎn)的YLR 6000- ST2激光器,最大輸出功率為6kW,使用200pμm的光纖進行傳輸,擴束鏡直徑為150mm,焊接頭為Precite公司生產(chǎn)的YW50,焦距為250mm,聚焦光斑直徑為0. 33mm。
焊接前采用丙酮對焊接部位進行清洗,然后將工件固定在自制的焊接夾具上,裝配間隙控制在板厚的1/10以內(nèi),保證焊縫均勻平整。焊接過程中采用Ar作為保護氣和等離子體控制氣。焊接中采用的工藝參數(shù)見表3. 27。
焊接前采用丙酮對焊接部位進行清洗,然后將工件固定在自制的焊接夾具上,裝配間隙控制在板厚的1/10以內(nèi),保證焊縫均勻平整。焊接過程中采用Ar作為保護氣和等離子體控制氣。焊接中采用的工藝參數(shù)見表3.27。
二、激光焊接工藝參數(shù)對熔深、熔寬的影響
在激光功率為1~2kW時,焊縫熔深隨著功率的增大而增加,此時焊接的主要形式為熱導焊接;當激光功率達到2. 2kW時,熔深突然增大,這是因為焊接的模式由熱導焊接轉(zhuǎn)變?yōu)樯钊酆附印I钊酆附幽J降奶卣魇切】椎某霈F(xiàn),小孔出現(xiàn)后材料對激光的吸收率急劇增大,熔深增加;當功率達到一定值,激光的能量過強導致蒸發(fā)金屬也被電離,出現(xiàn)等離子體對激光的屏蔽作用,熔深反而減小。
熔寬隨激光功率變化的規(guī)律與熔深相似。功率較低時,熔寬隨功率的逐漸增大而慢慢變寬。當功率超過3kW之后,熔寬反而隨功率的增加而減小,可能是因為等離子體對激光屏蔽作用的加強,導致到達材料表面的能量降低,熔寬變窄。
相同功率下,熔深隨焊接速度的增加而減小。這是由于隨著焊接速度的增加,激光熱輸人減小,明顯地降低了激光作用到材料表面的能量,因此熔深減小。對于高強鋼板來說,要增加焊接熔深,可適當增大激光功率或降低焊接速度。
三、激光焊接接頭組織特征
激光焊接頭的熱影響區(qū)較窄,截面上表面處熱影響區(qū)寬度約為0.2mm,下表面處約為0. 25mm。焊縫組織均勻細小,為低碳馬氏體,含有極少量的鐵素體和殘余奧氏體,還有針狀鐵素體存在,有效提高了焊縫橫向的抗拉強度,力學性能優(yōu)于母材。熱影響區(qū)過熱粗晶區(qū)組織也為低碳馬氏體,但相對尺寸比常規(guī)電弧焊接頭要小。由于激光焊熱輸人大,冷卻速度快,在焊縫和熔合區(qū)附近容易形成淬冷后的馬氏體組織。熱影響區(qū)細晶區(qū)發(fā)生完全重結(jié)晶,形成了細小的鐵素體和馬氏體組織。
四、激光焊接接頭的性能