邵長春，黃思德

Shao Changchun1，Huang Side2

（1.廣西柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545000；2.北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300）

0 引 言

在汽車生產(chǎn)中，焊接是一個(gè)非常重要和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，選取恰當(dāng)?shù)暮附臃绞侥軌蚴管嚿淼目古鲎材芰Φ玫教嵘欣谲嚿頊p重、降低成本和油耗以及總裝工序簡化。在諸多焊接方式中，激光焊接在其工藝過程、焊接速度和質(zhì)量改進(jìn)等方面有著極大的提升空間，因此對(duì)激光焊接在高強(qiáng)鋼中的運(yùn)用進(jìn)行研究，有著重要的意義。

激光發(fā)明于1960年，歷經(jīng)50多年的發(fā)展，特別是軍用需求的巨大驅(qū)動(dòng)，使其在21世紀(jì)進(jìn)入高速發(fā)展階段。目前激光發(fā)生器向著大功率、輕便化和經(jīng)濟(jì)化的方向發(fā)展，激光焊接由于線能量密度集中和熱影響區(qū)小，而且激光束具有可以在大氣中焊接的優(yōu)點(diǎn)，既可以對(duì)高強(qiáng)鋼大型構(gòu)件深度熔焊，又可以進(jìn)行微型精密焊接，將成為今后高強(qiáng)鋼焊接的主要手段。并且激光焊接符合優(yōu)質(zhì)、低耗、清潔、熱影響區(qū)窄、接頭變形小、操作靈活等技術(shù)發(fā)展方向，21世紀(jì)將逐漸成為激光焊接的時(shí)代[1]。

激光焊接在高強(qiáng)鋼的焊接特別是小焊縫焊接過程中，有其獨(dú)特的優(yōu)勢：首先激光波長范圍很窄，其中CO2激光波長為10.6μm，YAG激光波長為1.06 μm；其次，激光聚焦能力非常強(qiáng)，線能量密度可達(dá)108W/cm2；第三，焊接過程中加熱范圍小，能量利用效率高；第四，激光焊接為非接觸焊接，能有效避免電弧焊過程中的夾渣、飛濺等；第五，激光焊接熱影響區(qū)狹小，焊接件變形程度低。

高強(qiáng)鋼的小焊縫焊接過程往往采用激光深熔焊接的方法，也就是在高強(qiáng)的線能量密度激光的照射下，焊接材料發(fā)生蒸發(fā)效應(yīng)，并形成小孔。由于激光的照射，空腔內(nèi)的溫度可達(dá)2500℃左右，這樣高的溫度使得包圍著小孔周圍的材料融化，由于熱傳導(dǎo)作用，小孔外的材料熔液不斷流動(dòng)，并且不斷填充著小孔。隨著激光光束的移動(dòng)，熔融的材料填充完小孔并冷凝，留下焊縫。在高強(qiáng)鋼焊接過程中，焊縫的寬度和深度影響著焊接質(zhì)量。

1 激光在高強(qiáng)鋼小焊縫焊接中的試驗(yàn)

1.1 待焊材料的選擇

在激光焊接試驗(yàn)中選取的待焊材料為低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼JFE980S，該鋼的拉伸屈服強(qiáng)度為980 MPa，是高強(qiáng)鋼的一種。待焊接材料取80×60×8 mm規(guī)格的樣板，如圖1所示。

待焊接材料的主要化學(xué)成分見表1。

表1 待焊接材料的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

激光發(fā)生器選取10 kW的YAG激光發(fā)生器，YAG激光發(fā)生器屬于半導(dǎo)體激光，用光纖傳輸，如圖2所示。

1.2 試驗(yàn)過程及相關(guān)數(shù)據(jù)分析

激光焊接試驗(yàn)時(shí)為了獲得很高的能量密度，要求取用短焦距。焦距較短時(shí)光斑小，同時(shí)要求待焊工件間隙較小。如果焦距較大時(shí)，得到的線能量密度低，但是能保持一定的值。如果待焊工件接頭處要求精度不高，可以選擇長焦距，但前提是保持一定的線能量密度以保證焊接。本次試驗(yàn)過程中，焊縫很小，所以采用短焦距，把焦距選擇為+1.25 mm。

在進(jìn)行焊接試驗(yàn)過程中，待焊接的材料統(tǒng)一用15°的“V”型坡口，把焊縫設(shè)置為0.1 mm、0.3 mm，首先進(jìn)行不同速度的焊接，觀察激光焊接高強(qiáng)鋼的深度與焊接速度的關(guān)系。焊接速度的取值范圍設(shè)置在2～20 m/min之間，取10～15個(gè)速度樣點(diǎn)，進(jìn)行連線繪圖，見圖3。

通過數(shù)據(jù)分析不難發(fā)現(xiàn)，激光在高強(qiáng)鋼焊接過程中，其焊縫深度與焊接速度及焊縫之間的寬度有著密切的關(guān)系。

如果焊接速度保持不變，設(shè)為5 m/min，取焊縫寬度0.1 mm，0.3 mm和0.5 mm 3種，待焊件都為低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼JFE980S，分別進(jìn)行焊接，焊接樣品如圖4所示。

低合金調(diào)質(zhì)高強(qiáng)鋼JFE980S焊接樣品分析：間隙為0.1 mm的焊縫利用激光焊接得到的焊縫截面均勻飽滿，“V”型坡口通過熱效應(yīng)變形，達(dá)到水平狀態(tài)；間隙為0.3 mm的焊縫截面已經(jīng)出現(xiàn)下凹現(xiàn)象，焊縫的填充不均勻，有部分缺焊現(xiàn)象；間隙為0.5 mm時(shí)，焊縫填充發(fā)生嚴(yán)重缺陷，而且沒有辦法把高強(qiáng)鋼焊透。由此可見，在激光焊接速度及功率保持一定的情況下，焊縫寬度對(duì)焊接質(zhì)量的影響起著非常重要的作用。

2 結(jié) 論

1）通過對(duì)激光在高強(qiáng)鋼JFE980S小焊縫焊接試驗(yàn)中的焊接圖樣進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在小焊縫高強(qiáng)鋼焊接過程中，焊接速度保持不變的情況下，焊縫寬度影響焊接的深度，同時(shí)焊接速度的選擇應(yīng)該根據(jù)焊縫寬度的大小和焊接深度來確定。如果速度過快會(huì)造成焊接不透，如果速度過慢則會(huì)有焊穿工件的可能。

2）高強(qiáng)鋼的小焊縫焊接過程采用激光深熔焊接的方法，也就是用激光發(fā)出的高密度線能量在很短時(shí)間內(nèi)熔化待焊接材料，使得焊縫內(nèi)部在激光的照射下變成熔融液體，從而達(dá)到焊接的目的。這種焊接沒有填充其他材料，焊件融合程度較高。

3）由于實(shí)驗(yàn)室條件的限制，在試驗(yàn)過程中沒有對(duì)焊接件進(jìn)行屈服強(qiáng)度測定，同時(shí)沒有對(duì)焊縫是否有氣孔和凝固后焊縫是否有脆化現(xiàn)象進(jìn)行檢測，需要后續(xù)試驗(yàn)繼續(xù)研究。

[1]呂奎清.新型特種焊接材料[J].現(xiàn)代制造，2005（12）：41.

[2]武亞鵬，侯建偉.高強(qiáng)鋼的焊接分析[J].金屬加工：熱加工，2011（4）：36-40.

[3]雷振，王旭友，滕彬，等.JFE980S高強(qiáng)鋼焊接接頭軟化分析[J].焊接學(xué)報(bào)，2010(11):37-41.

[4]滕彬，李小宇，雷振，等.低合金高強(qiáng)鋼激光—電弧復(fù)合熱源焊接冷裂紋敏感性分析[J].焊接學(xué)報(bào)，2010（11）：65-68.