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保护气体流量对304不锈钢管帽焊缝成形质量和拉伸性能的影响

作者:管件 来源: 日期:2020/5/17 21:54:29 人气:16

保护气体流量对304不锈钢管帽焊缝成形的影响

304不锈钢管帽在焊接过程中添加侧向保护气体,可以吹散等离子体,削弱等离子体带来的不良影响,并使高温状态的焊缝与空气隔离,防止304不锈钢管帽被氧化。在焊接速度1.5m/min、激光功率2500W、离焦量+4mm条件下,改变保护气体流量进行焊接实验,研究保护气体流量的变化对304奥氏体不锈钢激光叠焊304不锈钢管帽宏观形貌的影响。

3.13所示为不同保护气体流量下奥氏体不锈钢激光焊接焊缝上表面形貌和横截面形貌。由图可知,在其他参数不变的条件下,随着保护气体流量从15L/min增加到35L/min,焊缝两侧平整度提高,焊缝正面颜色发生变化,由焦黑变为白亮,焊缝受保护效果显著提高。当保护气体流量为15L/min时,焊缝正面氧化变色现象严重,并出现咬边、飞溅等的缺陷,并且焊缝两侧整齐度低。此时,保护气体流量较小,焊接过程中匙孔深度大且开口尺寸小,导致焊接稳定性降低,从而引起焊缝正面的不平整及飞溅现象的产生。同时,较低的保护气体流量无法达到很好的隔绝效果,故304不锈钢管帽氧化变色的情况严重。根据横截面形貌可知,随着保护气体流量的增加,焊缝深度变化不显著,而焊缝宽度增加显著。焊缝的横截面形貌呈现由U型到T型逐渐过渡趋势。Ar电离能低,容易电离形成等离子体。使得激光能量被等离子体大量吸收,而等离子体对焊缝上表面有一定的加热作用,从而使得上表面熔宽增加显著,而熔深略微减小。

3.14、图3.15所示为当焊接速度1.5m/min、激光功率2500W、离焦量+4mm时,不同保护气体流量下焊接304不锈钢管帽的熔深、熔宽和结合面宽度。由图可知,随着保护气体流量的增加,焊缝熔深先呈现下降的趋势,然后维持在一定水平,而熔宽呈现上升的趋势,结合面宽度呈现下降的趋势。当保护气体流量由15L/min增至35L/min时,熔深由3.09mm减小至2.87mm,熔宽由1.65mm增长至2.69mm,结合面宽度从0.99mm下降至0.80mm。随着保护气体流量的增加,深宽比由1.87下降至1.07。当保护气体流量≥25L/min时,熔池受到很好的Ar气保护,并且在焊接过程中Ar发生稳定电离现象产生光致等离子体,激光受到了光致等离子体云吸收和散射作用,导致激光能量向下传递减少,使得焊缝熔深增加,而结合面宽度减小。由此可知,保护气体流量对表面成形及截面影响较大,对焊接结果进行综合考虑,选取30L/min为理想的保护气体流量。

保护气体流量对拉伸性能的影响

在焊接速度1.5m/min、激光功率2500W、离焦量+4mm条件下,改变保护气体流量进行焊接实验。图3.16为不同保护气体流量下焊接304不锈钢管帽平均机械抗力。由图可知,随着保护气流量的增加,平均机械抗力呈下降趋势。当保护气体流量由15L/min增加至25L/min时,随着流量的提高平均机械抗力下降显著,由660N/mm减小至572N/mm。而当保护气体流量由25L/min增加至35L/min时,平均机械抗力趋于稳定。结合图3.15保护气体流量对焊缝结合面宽度影响曲线可知,平均机械抗力变化趋势和结合面宽度变化趋势基本一致。

从产品使用环境及生产制造角度考虑,板式换热器激光非熔透叠焊304不锈钢管帽应该满足以下几个需求:焊接304不锈钢管帽有足够的连接强度,以满足板式换热器承压需求;304不锈钢管帽上下表面成性良好,便于板式换热器组装与焊接;焊接应具有较高的焊接速度,以保证一定的生产效率。

本章从焊缝成形和接头强度角度出发对304不锈钢激光焊接工艺进行了优化。由上文研究可知,较为合适的焊接工艺参数为:激光功率2250~2500W,焊接速度1.2~1.5m/min,离焦量+3~+4mm,保护气体流量30L/min。此时,焊缝成形良好且强度较高。综合考虑304不锈钢管帽强度、表面成形及焊接效率,得到2mm304奥氏体不锈钢激光叠焊理想的工艺参数为:焊接速度v=1.5m/min,激光功率P=2.5kW,离焦量Δf=+4mm和保护气体流量f g=30L/min