不锈钢板激光焊接变形的研究

YAG脉冲激光器焊接不同厚度的不锈钢板,研究了焊接电流、脉冲宽度和激光频率对焊接变形、抗拉强度和焊缝形貌的影响,通过正交试验对焊接工艺参数进行了优化,最后通过有限元Ansys软件对焊接过程的温度场、应力场、角变形进行模拟计算。 激光焊接试验表明,在其他参数不变的条件下,随着焊接电流(亦即激光功率)的增大,焊接变形增大；脉冲宽度因影响着激光焊接的热输入量使其存在一个最佳值使焊接变形最小；激光频率也存在最佳值使焊接变形最小,其原因是该参数影响着焊缝搭接率和单位时间内的热输入量。 利用正交试验的极差分析对不同厚度的不锈钢板试样焊接变形进行分析可得：焊接电流是影响激光焊接变形的最主要因素,其次是脉冲宽度,最后是激光频率；在保证焊缝强度的前提下以减小焊接变形为目标确定了0.5mm、0.8mm和1mm不锈钢板的激光焊接最佳工艺参数,即0.5mm、0.8mm、1mm不锈钢板激光焊接最优工艺参数{I,ι,f)分别为{85A,7ms,3.5Hz}、{124A,8ms,3.5Hz}、{160A,11ms,3.5Hz}。 有限元Ansys软件模拟计算可得,激光焊接不锈钢板的瞬时温度场比较稳定,焊接热源中心温度最高,远离焊缝中心处温度逐渐降低,等温线近似呈椭圆形,焊接热源前面的等温线密集,温度梯度较大,在焊接热源后面的等温线稀疏,温度梯度较小；焊接过程中热源作用中心处的金属受热熔化,熔化金属体积的膨胀受到远离焊接热源周围的温度较低的金属拘束作用,使之产生压应力,而远离热源中心的金属为了与热源中心处的压应力平衡而呈现拉应力；冷却时由于熔化金属的凝固收缩而受到周围未熔化金属的约束作用,冷却之后在焊缝中心处及临近区域会产生较大的残余拉应力,远离焊缝中心则产生残余压应力；激光焊接功率越大,焊接时焊缝的塑性变形区越大,角变形也越大：不锈钢板厚度越大,焊接时需要的激光功率越大,塑性变形区越大,角变形也越大。