《毕业设计奥氏体不锈钢激光焊接.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计奥氏体不锈钢激光焊接.doc（17页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、毕 业 设 计设计题目：对平板对接奥氏体不锈钢的激光焊焊接工艺的研究 系 别 机械工程系 专 业 焊接技术及自动化 班 级 焊接-班 姓 名 学 号 实习单位 实习部门 2011 2012 学年第一学期目录第一部分 奥氏体不锈钢3一、奥氏体不锈钢的牌号，成分与力学性能 3二、奥氏体钢的焊接性 41、焊接接头的晶间腐蚀问题 42、焊接接头的刀口腐蚀 43、应力腐蚀开裂问题44、焊接接头的热裂纹问题 5三、常规焊接方法奥氏体钢的焊接工艺 51、焊前准备 52、奥氏体钢的焊接方法 5(1)焊条电弧焊 5(2)熔化极惰性气体保护焊7(3)钨极氩弧焊 8(4)埋弧焊8(5)焊缝的酸洗及钝化处理9第二部分
2、 激光焊 9一、激光焊概述9二、激光焊原理及特点9三、激光焊的分类及设备9（1）激光焊分类 9（2）激光焊设备10四、激光焊的焊接工艺101、激光焊的能源特性 102、脉冲激光焊的工艺 103、连续CO2激光焊工艺11第三部分 奥氏体不锈钢的激关焊接工艺121、试验设计图 122、试验母材123、实验设备124、试验方法125、正交试验设计126、拉伸试验137、试验结果分析 148、确定焊接工艺参数 159、焊缝质量的检测 15参考文献 16第一部分 奥氏体不锈钢一、奥氏体不锈钢的牌号，成分与力学性能奥氏体钢以铬镍为主要合金元素。一般奥氏体钢的含铬量为Wcr=18%，进一步增加含铬量可提高其
3、对一般酸的耐腐蚀能力。奥氏体不锈钢主要靠镍来完成奥氏体化，在此基础上，有时用少量锰与氮部分取代镍。在奥氏体钢中可通过加入钛或铌，或把含碳量Wc降至0.03%及以下，达到碳的稳定化，以防止出现晶间腐蚀。加入钼可以提高铬镍奥氏体不锈钢的抗点状腐蚀和缝隙腐蚀能力。常用奥氏体钢的牌号与成分见表1-1。力学性能见表1-2。表1-1 常用奥氏体钢的牌号与化学成分w（%）牌号CSiMnPSNiCr其他0Cr18Ni90.081.002.000.0350.0308.0011.0018.0020.0000Cr19Ni110.031.002.000.0350.0309.0013.0018.0020.000Cr18
4、Ni12Mo3Ti0.081.002.000.0350.03011.0014.0016.0019.00Mo:2.503.50Ti:5XC%0.700Cr18Ni11Ti0.081.002.000.0350.0309.0013.0018.0020.00Ti5Xc%0Cr19Ni9N0.081.002.500.0350.0307.0010.5018.0020.00N:0.100.2500Cr18Ni10N0.031.002.500.0350.0308.5011.5017.0019.00N:0.120.220Cr25Ni200.081.002.000.0350.03019.0022.0024.002
5、6.0000Cr18Ni14Mo2Cu20.031.002.000.0350.03012.0016.0017.0019.00Mo:1.202.75Cu:1.002.502Cr21Ni12N0.150.280.751.251.001.600.0350.03010.5012.5020.0022.00N:0.150.301Cr18Ni90.081.002.000.0350.0308.0011.0017.0019.003Cr18Mn12Si2N0.220.301.402.2010.5012.500.0600.03017.0019.00N:0.220.330Cr23Ni130.081.002.000.0
6、350.03012.0015.0022.0024.00表1-2常用奥氏体钢的热处理制度及力学性能牌号热处理0.2MPabMPas0Cr18Ni9固溶10101150快冷205520406000Cr19Ni11固溶10101150快冷17748040600Cr18Ni12Mo3Ti固溶10001100快冷20553040550Cr18Ni11Ti固溶9801150快冷20552040500Cr19Ni9N固溶10101150快冷27555035502Cr21Ni12N固溶10101150快冷时效750800空冷43082026200Cr25Ni20固溶10301150快冷205520405000
7、Cr18Ni14Mo2Cu2固溶10101150快冷1774000406000Cr18Ni10N固溶10101150快冷24555040501Cr18Ni9固溶10101150快冷20552040603Cr18Mn12Si2N固溶11001150快冷39068035450Cr23Ni13固溶10301180快冷2055204060二、奥氏体钢的焊接性奥氏体不锈钢具有较高的变形能力并不可淬硬，所以焊接性良好。但是，为了全面保证焊接接头的质量，往往需要解决一些特殊的问题，如接头各种形式的腐蚀、焊接热裂纹、铁素体含量的控制及相脆化等。1、焊接接头的晶间腐蚀问题在腐蚀介质作用下，起源于金属表面沿晶界深
8、入到金属内部的腐蚀就是晶界腐蚀，晶界腐蚀是一种局部性的腐蚀，它会导致晶粒间的结合力丧失，材料强度几乎消失，这是一种必须重视的危险的腐蚀现象。奥氏体钢在加热到400800时，对晶间腐蚀最为敏感。这是因为当温度低于400时，碳原子活动能力很弱，Cr23C6析出困难而不会形成贫铬层；当温度高于800时，晶粒内部的铬获得了足够的动能，扩散到晶界，从而使已形成的贫铬区消失。在400800之间，既有易于Cr23C6的析出，晶内的铬原子又不能扩散到晶界，最容易形成贫铬层，对晶间腐蚀也最为敏感。一般称400800温度范围为敏化温度区间。当然，若在400800之间长时间加热，晶内的铬原子有足够的时间扩散，也能使
9、贫铬层消失，但这需要的时间过长，生产中没有实用价值。根据奥氏体钢产生晶间腐蚀的规律，焊接接头在冷却过程中，若在敏化温度区停留一定时间，接头的耐晶间腐蚀能力将降低。整个接头中以焊缝和峰值温度在6001000的热影响区两个部位，对时间腐蚀最为敏感，后者称为敏化区（图1-3）。提高焊接接头耐晶间腐蚀的措施，一般有：（1）降低母材和焊缝中的含碳量；（2）在钢中加入稳定的碳化物形成元素，改变碳化物的类型；（3）焊后进行固溶处理；（4）改变焊缝的组织状态等。2、焊接接头的刀口腐蚀刀口腐蚀是焊接接头中特有的一种晶间腐蚀，只发生于含有稳定剂钛、铌的奥氏体钢（如0Cr18Ni11Ti、0Cr18Ni11Nb等）
10、的焊接接头上。腐蚀部位在热影响区的过热区，开始宽度只有35个晶粒，逐渐可扩大到1.01.5mm。腐蚀一直深入到金属内部，因形状似刀刃而得名（图1-3）。刀口腐蚀一般发生在焊后再次在敏化温度区间加热时，即高温过热与中温敏化连续作用的条件下，产生的原因也和Cr23C6析出后形成的贫铬层有关。防止刀口腐蚀的措施有：（1）降低含碳量；（2）减少近缝区过热；（3）合理的安排焊接顺序；（4）焊后进行稳定化处理等。3、应力腐蚀开裂问题金属在应力和腐蚀介质性介质共同作用下，所发生的腐蚀破坏叫做应力腐蚀开裂。在不锈钢中奥氏体钢比铁素体钢或马氏体刚对应力腐蚀更为敏感。拉应力的存在是产生应力腐蚀开裂的必要条件。影响
11、奥氏体钢应力腐蚀开裂的又一因素主要是腐蚀介质，腐蚀介质有氯化物水溶液、海水、H2S水溶液、水蒸汽、浓NaHCO3+NH3+ NaCl水溶液等。不锈钢在使用条件下产生应力腐蚀开裂的影响因素很多，包括钢的成分、组织和状态，介质的种类、温度、浓度，应力的性质、大小及结构特点等。防止应力腐蚀开裂往往要从多方面采取措施，主要有：（1）正确选用材料；（2）消除产品的残余应力；（3）对材料进行防蚀处理；（4）改进部件结构及接头设计等。4、焊接接头的热裂纹问题奥氏体不锈钢焊接时产生的裂纹时热裂纹，在焊缝和热影响区都可能出现。焊缝中主要是结晶裂纹；热影响区及多层焊层间金属，则多为高温液化裂纹。二者都与由于偏析而
12、导致的晶间液化有关。(1)裂纹产生的原因 奥氏体钢对热裂纹比较敏感，主要是由冶金因素决定的，即由钢的化学成分、组织与性能决定的。(2)防止焊缝结晶裂纹的途径 主要有以下几点：1）严格控制有害杂质，主要是硫、磷的含量。2）调整焊缝金属为双相组织。3）合理进行合金化。4）工艺上的措施。三、常规焊接方法奥氏体钢的焊接工艺1、焊前准备为了保证焊接接头的耐蚀性，防止焊接缺陷，在焊前准备中对下列没问题应予以特别注意。(1)下料方法的选择 奥氏体钢中的含铬量比较高，用一般的氧乙炔火焰有困难，可用机械切割、等离子弧切割或碳弧气刨等方法进行下料或坡口加工。(2)焊前处理 为了保证焊接质量，焊前应将坡口及两侧20
13、30mm范围内的焊件表面清理干净。(3)表面保护 在搬运、坡口制备、装配及点焊过程中，应注意避免损伤钢材表面，以免使产品的耐蚀性能降低，如不允许用利器划伤钢材表面及随意到处打弧等。2、奥氏体钢的焊接方法（1）焊条电弧焊 焊条电弧焊在不锈钢焊接中应用最为广泛，它具有电弧热量较集中、焊接线能量小、可进行全位置焊接等优点。有利于防止接头过热，提高耐蚀性能。1）接头形式和坡口尺寸。奥氏体不锈钢的焊条电弧焊坡口尺寸见表1-3。表1-3奥氏体不锈钢焊条电弧焊接头形式及坡口尺寸接头形式板厚/mm间隙/mm钝边/mm坡口角/231.01.21.41.83.544.5567101.5222.51.01.01.5
14、1.55141635231.5260560514512120.51.01.5467121318181.52221.50.31.50.320.32.50.360106010601060102）焊条的选择。正确选用焊条是保证焊接接头使用性能的关键。表1-4列出了常用奥氏体钢的焊接材料选用实例。待添加的隐藏文字内容1表1-4 常用奥氏体钢焊接材料选用实例母材牌号工作条件及要求焊条型号焊条牌号埋弧焊焊丝氩弧焊焊丝1Cr19Ni9300以下，耐热E30816E30815A102A107H0Cr19Ni9TiH0Cr19Ni90Cr18Ni9抗裂纹，抗腐蚀性能要求较高A122H0Cr19Ni9Si2H0C
15、r19Ni9Ti0Cr18Ni11 Ti300以下，耐热E34716E34715A132A137H0Cr19Ni9TiAl00Cr18Ni11耐蚀要求高E308L16A002H00Cr22Ni10H00Cr22Ni1000Cr17Ni13Mo2Ti要求具有耐无机酸、有机酸、碱及盐腐蚀E31616E31615A202A207H0Cr19Ni11Mo3H00Cr17Ni13Mo2H0Cr19Ni11Mo3H0Cr18Ni12MoNb要求优良的抗晶间腐蚀能力E31816A21200Cr17Ni13Mo3Ti耐非氧化性酸及有机酸腐蚀E308L16E31716A002A242H00Cr17Ni13Mo2
16、H00Cr19Ni11Mo3Ti00Cr17Ni13Mo2Ti0Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti要求一般耐热及耐腐蚀性E318V16E318V15A232A237H0Cr19Ni11Mo3H00Cr17Ni13Mo23）焊接工艺要点。奥氏体不锈钢焊接环境温度一般不应低于0，否则，熔化情况不好，也容易产生裂纹，但不得对工件预热。为防止产生晶间腐蚀和热裂纹，应采用快焊速、窄焊道。为了防止要批发红及母材过热，焊接电流不宜过大，一般比相同直径的碳钢焊条小20左右。焊条电弧焊焊接参数见表1-5.表1-5焊条电弧焊焊接参数焊件厚度/mm焊条直径/mm焊接电流/A平焊立焊仰焊22.0407040604
17、05022.52.5508050705070353.27012070957090584.01301901301451301408125.0160210（2）熔化极惰性气体保护焊 焊接时的保护气体可用纯Ar,Ar+O2(C02)或Ar+He+C02混合气。在Ar中加入体积分数为1的或23的C02，可以细化熔滴，易于实现射流过渡，提高电弧的稳定性。焊丝成分见表1-4。焊接采用直流电源反接（焊丝接正极），焊接电流为相同直径的碳钢焊丝的80，一般板厚=625mm用喷射过度， 6mm用短路过渡。两种过渡形式的焊接参数见表1-6.表1-6 奥氏体钢熔化极惰性气体保护焊的焊接参数板厚/mm熔滴过渡形式接头和
18、坡口形式焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mmmin-1焊道数3.26.49.512.71925喷射形坡口，（带衬垫）60V形坡口对接60V形坡口，1.6mm钝边60V形坡口，1.6mm钝边90V形坡口，1.6mm钝边90V形坡口，1.6mm钝边1.61.61.62.42.42.42002502503002753253003503503753503752528272928323132313331335003805001501401201223456781.61.62.02.02.53.2短路角接或搭接形坡口对接角接或搭接形坡口对接角接或搭接角接或搭接0.80.80.80.80.8
19、0.88585909010512521222222232345050035030038040011111（3）钨极氩弧焊 钨极氩弧焊焊接线能量很低，特别适合焊接对过热敏感的各种奥氏体钢。这种方法的主要缺点是生产效率较低、成本高，一般只用于焊接6mm以下的薄板。手工钨极氩弧焊的焊接参数见表1-7表1-7 奥氏体钢手工钨极氩弧焊焊接参数板厚/mm接头和坡口形式钨极直径/mm焊接电流（直流正接）/A焊接速度/mmmin-1焊丝直径/mm氩气流量/m3h-1平焊立焊仰焊1.6形坡口对接搭接角接T形接头1.61.61.61.6801001001208010090100709080100709080100
20、7090801007090801003002503002501.61.61.61.60.30.30.30.32.4形坡口对接搭接角接T形接头1.61.61.61.6100120110130100120110130901101001209011010012090110100120901101001203002503002501.6或2.41.6或2.41.6或2.41.6或2.40.30.30.30.33.2形坡口对接搭接角接T形接头2.42.42.42.41201401301501201401301501101301201401101301151351051251201401151351201
21、403002503002502.42.42.42.40.30.30.30.35.0形坡口对接(留间隙)搭接角接T形接头2.42.43.03.02002502252752002502252751502001752251502001752251502501752251502501752253002503002502.42.42.42.40.50.50.50.56.560V形坡口对接搭接角接T形接头3.03.03.03.02753003003752753003003752002502252752002502252752002502252752002502252751251251251253.03.0
22、3.03.00.50.50.50.51360双Y形坡口对接搭接T形接头或角接5.05.05.03504503754753754752252752302802302802252752302802302801001001003.03.03.00.50.50.5（4）埋弧焊 埋弧焊是一种深熔敷率的焊接方法，具有较高的经济性，可用来焊接5mm以上的大多数奥氏体钢。埋弧焊具有热输入量高、熔池尺寸大、冷却和凝固速度较低等特点。埋弧焊时，铬镍元素的烧损可有焊丝或焊剂补偿，常用奥氏体不锈钢焊丝见表1-4.焊剂牌号为HJ150（无锰中硅中氟型）、HJ151、HJ172（无锰低硅高氟型）和烧结焊剂SJ601、SJ
23、641两个牌号。（5）焊缝的酸洗及钝化处理 不锈钢焊后，焊缝必须进行酸洗、钝化处理。酸洗的目的是去除焊缝及热影响区表面的氧化皮，钝化的目的是使酸洗的表面重新形成一层无色的致密氧化膜，其耐腐蚀作用。第二部分 激光焊一、激光焊概述激光焊（Laser Beam Welding,LBW）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，激光焊具有能量密度高、穿透力强、精度高、适应性强等优点。作为现代高科技产物的激光焊，已成为现代工业发展必不可少的加工工艺。二、激光焊的原理及特点1、激光焊的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
24、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1061012W/cm2的能束，可用作焊接、切割及材料表面处理的热源。激光焊实质上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，宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化、汽化等现象。2、激光焊的特点与常规电弧焊方法相比，激光焊具有以下特点。1）聚焦后的激光束密度可达105107W/cm2，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，易于实现深焊和高速焊。2）可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可不开坡口一次成形。3）适宜于常规焊接方法难以焊接的材料。4）可借助反射镜使光束达到一般焊接方法
25、无法施焊的部位。可达性好，特别适合于微型零件和远距离的焊接。5）可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接。6）激光束不受电磁干扰，不需真空保护。与此同时，激光焊接也存在一些缺点：1）激光焊难以焊接反射率较高的金属。2）对焊件加工、组装、定位要求相对较高。3）设备一次性投资大。三、激光焊的分类及设备1、激光焊的分类按激光对工件的作用方式，激光焊可分为脉冲激光焊和连续激光焊。脉冲激光焊时，输入到工件上的能量是断续的、脉动的，每个激光脉冲在焊接过程中形成一个圆形焊点。连续激光焊在焊接过程中形成一条连续的焊缝。根据实际作用在工件上的功率密度，激光焊可分为传热焊（功率密度小于105w/cm2）和深熔焊（
26、小孔焊，功率密度大于106w/cm2）。2、激光焊设备激光焊的设备主要由激光器、光束传输和聚焦系统、焊枪、工作台、电源控制装置、气源、水源、操作盘、数按装置等组成。四、激光焊的焊接工艺1、激光焊的能源特性激光焊是将光能转化为热能达到熔化工件实现焊接的。为了更好地应用激光焊，首先应掌握激光的能源特性。（1）功率密度激光作用于固态金属表面时，按功率密度不同可产生三种不同加热状态。功率密度较低时仅对表面产生无熔化的加热，这种状态用于表面热处理或钎焊；功率密度提高时。可产生热传导型熔化加热，用于薄板高速焊及精密点焊；功率密度进一步提高时，则产生熔孔型熔化，激光热源中心加热温度达到金属的沸点而形成等离子
27、蒸汽用于深熔焊。由此可见，只须调节激光的功率密度，既能实现不同加工工艺的要求。（2）吸收率激光焊接的热效应取决于工件吸收光束能量的程度，常用吸收率来表征。研究表明，金属的吸收率与温度密切相关。（3）离焦量离焦量是工件表面离激光焦点的距离。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。离焦量不仅影响工件表面激光光斑的大小，而且影响光束的入射方向，因而对熔深和焊缝形状有较大的影响。2、脉冲激光焊工艺脉冲激光焊时，每个激光脉冲在焊件上形成一个焊点。焊件是由点焊或点焊搭接成的焊缝方式实现连接的。由于其加热斑点很小，主要用于微型、精密元件和一些微电子元件的焊接。（1）接头形式脉冲激
28、光焊加热斑点微小、约微米数量级，因而用于厚度小于0.01mm的薄片、及微米至几十微米的薄膜和直径可小于0.02mm金属丝的焊接（2）脉冲激光焊工艺参数1）脉冲能量和脉冲宽度 脉冲激光焊时，脉冲能量主要影响金属的熔化量，脉冲宽度则影响熔深。脉冲能量一定时，脉冲加宽，熔深逐渐增加，当脉冲宽度超过某一临界值时，熔深反而下降，既不同的材料各有一个最佳脉冲宽度使焊接时熔深最大。2）功率密度Pd 激光焊接时焊点的直径和熔深由热传导所决定，通常板厚一定时，焊接所需功率密度也一定，功率密度随着焊接厚度增加而增加。3、连续CO2激光焊工艺（1）接头形式及装配要求传统的焊接方法使用的接头形式绝大部分都适合激光焊，
29、但激光焊由于聚焦后的光束直径很小，因而对装配的精度要求很高。为了获得成形良好的焊缝，焊前必须将焊件装配良好。尽管焊接变形较小，但为了确保焊接过程中焊件间的相对位置不变，最好采用适当的方式装夹定位。各类激光焊接头的装配要求见表2-1表2-1 各类激光焊接头的装配要求接头形式允许最大间隙/mm允许最大错变量对接接头0.100.25角接接头0.100.25T形接头0.25搭接接头0.25卷边接头0.100.25注：表示母材厚度（2）连续激光焊的焊接参数1）激光功率 通常激光功率是指激光的输出功率，没有考虑激光传输和聚焦系统所引起的损失。激光功率主要影响熔深。2）焊接速度 焊接速度影响焊缝的熔深和熔宽
30、。深熔焊时，熔深与焊接速度成反比。在给定材料、给定功率条件下对一定厚度范围内的焊件进行焊接时，有一最佳的焊接速度范围与其对应。3）光斑直径 在射入功率一定的情况下，光斑尺寸决定了功率密度的大小。为了实现深熔焊，焊接时激光焦点上的功率密度必须大于106 W/cm2。4）离焦量 离焦量是工件表面至激光焦点的距离，以F表示。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F0。5）保护气体 深熔焊时，保护气体有二个作用：一是保护焊缝金属免受有害气体的侵袭，防止氧化污染；二是抑制等离子体的负面效应。第三部分 奥氏体不锈钢的激光焊接工艺研究一、试验设计图完成如图1所示的平板对接奥氏体
31、不锈钢的激光焊接工艺图1 激光焊焊件装配图二、试验母材1选取典型奥氏体不锈钢，牌号为1Cr18Ni9。奥氏体不锈钢具有较高的变形能力并不可淬硬，所以焊接性良好。规格为30mm20mm0.2mm。 21Cr18Ni9化学成分和力学性能见表1和表2：表1 1Cr18Ni9的化学成分w（%）牌号CSiMnPSNiCr1Cr18Ni90.081.002.000.0350.0308.0011.0017.0019.00表2 1Cr18Ni9的热处理制度及力学性能牌号热处理0.2MPabMPas1Cr18Ni9固溶10101150快冷2055204060三、试验设备本实验采用JHM-1GXY-300E型脉冲
32、激光焊机。四、试验方法将待焊母材（30mm20mm0.2mm的1Cr18Ni9奥氏体不锈钢片）的对接端面和上表面用砂纸打磨，去除表面氧化层和油污，然后固定在激光焊接工作台上进行焊接。焊接时采用氩气进行保护，氩气流量为5L/min,聚焦镜的焦距为55mm，焊接速度固定为150mm /min,光斑直径为0.3mm，焊接电流、脉冲宽度和脉冲频率根据正交试验表进行组合。五、正交试验设计经上述参数焊接表明，在光斑直径、焊接速度、保护气体种类和流量一定的情况下，影响脉冲激光焊焊接接头质量的主要因素有焊接电流、脉冲宽度、脉冲频率和离焦量。还有，当焊接电流小于80A时产生焊缝未熔合现象，大于84A时焊缝金属气
33、化严重、发生烧穿；减小脉冲频率可减少焊缝单位长度的热量、有助于改善焊缝烧穿，但频率的减少同时降低了焊点之间的搭接量，容易产生未熔合缺陷；脉冲宽度减小，单个脉冲传输给焊缝的热量也减少了，避免烧穿的发生；当脉冲宽度过小，脉冲能量也很小，容易导致未焊透；薄板焊接时，若采用负离焦量，由于激光焦点深入焊件内部，热量集中，很容易产生烧穿；若采用正离焦量，激光焦点距离焊件有一定距离，此时,激光能量自上而下输入，焊件接收能量有一定的层次，热量得到一定的控制，焊缝成形美观，所以应采用正离焦量。在设计正交试验时，把离焦量固定为合适值，主要对焊接电流、脉冲宽度和脉冲频率进行正交试验设计。预试验已经探索出焊接电流的范
34、围为8084A，脉冲宽度范围为1.82.2ms，脉冲频率范围为1822Hz，每个因素确定3个水平，取值如表3所示。采用L9(33)三因素三水平正交表安排试验，正交实验设计方案如表4所示。按表4安排试验，焊后对每个试样进行标号，为后续试验做准备。表3-1 正交试验因素水平表编号焊接电流/A脉冲宽度/ms脉冲频率/Hz1801.8182822.0203842.222表3-2 正交试验设计方案编号设计方案焊接电流/A脉冲宽度/ms脉冲频率/Hz1A1 B1 C1801.8182A1 B2 C2801.8183A1 B3 C3801.8184A2 B1 C2822.0205A2 B2 C3822.02
35、06A2 B3 C1822.0207A3 B1 C3842.2228A3 B2 C1842.2229A3 B3 C2842.222六、拉伸试验对于采用脉冲激光焊接的超薄不锈钢产品，由于使用时主要考虑其承受载荷的能力，因此采用抗拉强度作为工艺参数的主要评定标准。将按正交试验焊接好的试样按每一种规范下的焊接试板切成两组长60mm、宽14mm的拉伸试样，在电子精密拉伸实验机上测试其拉断时最大拉力，取两次拉伸试样最大拉力的平均值作为该焊接规范下接头的抗拉力，然后计算其拉强度。数据记录如表5所示。其中编号与正交设计试验对应。七、试验结果分析各实验号对应的焊接接头的抗拉强度及其极差分析如表6所示，表中T1
36、，T2，T3分别表示因素A，B，C的第1，2，3水平的抗拉强度之和，R为极差。从表的分析结果可知，因素A、B、C对应的水平分别为2，2，3时，抗拉强度最大，也即工艺参数为A2B2C3（焊接电流为82A、脉冲宽度为2.0ms、脉冲频率为22Hz）时能获得最大抗拉强度，该组工艺参数为最佳工艺参数。该组工艺参数正好对应表中实验号为5的参数，抗拉强度是九组实验中最大的。并且由表中的极差分析，我们还可以得出焊接电流对焊缝抗拉强度的影响最大，其次是脉冲宽度，影响最小的是脉冲频率。测试同样尺寸母材的抗拉强度为582Mpa，也即最佳工艺参数时焊接接头的承载能力达到母材的99%，焊接接头的承载能力和母材基本匹配
37、。表3-3 拉伸试验数据编号母材123456789第一次/KN1.621.331.431.471.561.611.571.541.581.47第二次/KN1.641.471.541.551.581.631.6156581.43平均/KN1.631.401.491.511.571.621.591.55591.45抗拉强度/Mpa582500532539561579568554569518表3-4 正交试验结果分析编号设计方案焊接电流/A脉冲宽度/ms脉冲频率/Hz抗拉强度/Mpa1A1 B1 C1801.8185002A1 B2 C2801.8185323A1 B3 C3801.8185394A2 B1 C2822.0205615A2 B2 C3822.0205796A2 B3 C1822.0205687A3 B1 C3842.2225548A3 B2 C1842.2225699A3 B3 C2842.222518Y=546.7T1157116151637T2170816251662T3146116801672R1376535八、确定焊接工艺参数利用上述研究方
