范寶來

（寧波樂歌智能驅(qū)動有限公司，浙江 寧波 315100）

激光焊是一種高能束流焊接方法，具有熱量集中，可達(dá)性好，耗能少，變形小等特征。與傳統(tǒng)焊接方法比相比，熔深好，焊道美觀，節(jié)省焊接耗材。但是設(shè)備一次性投入大，操作工藝相對復(fù)雜。在現(xiàn)行的經(jīng)濟(jì)條件下，激光焊接設(shè)備價格在民用產(chǎn)品廠家尚屬于難以接受的范圍，尤其在金屬焊接領(lǐng)域[1]。

因此，焊接成本的降低就顯得尤為重要。本文通過CO2氣體MAG焊與Air保護(hù)氣體激光焊的對比試驗(yàn)，論證在符合焊接質(zhì)量要求下，激光焊在民用產(chǎn)品金屬材料焊接領(lǐng)域的保護(hù)氣體成本優(yōu)勢。

1 激光焊接技術(shù)

以下是兩種焊接工藝在Q235金屬方管焊接對比：①產(chǎn)品：采用民用產(chǎn)品最常見的Q235A材質(zhì)矩形管。②產(chǎn)品要求 ：75＊75＊2矩形管與72.8＊72.8＊2板材焊接平角焊，焊道長度8＊10mm。③焊縫要求：焊道沖擊力塑性測試0.9KN無裂紋，0.5KN推力疲勞測試10000次焊道無裂紋。

CO2氣體MAG焊工藝參數(shù)：福尼斯TPS500焊機(jī)，電流160A，電壓18V,干伸長15MM，焊絲DY-YJ502(Q),保護(hù)氣體CO2+Ar。

Air激光焊工藝參數(shù)：銘鐳1500W激光焊機(jī)，功率75%，焊接速度7mmS，離焦1mm，無焊絲，利用本身材料熔合。使用壓縮空氣Air,壓力0.2mpa。

試驗(yàn)對比：

MAG焊：焊道K5，焊道長度8＊10mm，沖擊破壞驗(yàn)證塑性，22KN沖擊后焊接矩形管變形，焊道無撕裂現(xiàn)象。

圖1 金屬焊接矩形管

激光焊：負(fù)焦1mm，擺動50絲寬度，速度v5，倒拖焊，焊道長度8＊10mm，沖擊破壞驗(yàn)證塑性，1.7KN沖擊后后矩形管變形后，出現(xiàn)一側(cè)焊道撕裂現(xiàn)象。

圖2 變形后的矩形金屬管

推力疲勞試驗(yàn)：MAG焊，激光焊，500N，四個方向分別推動1萬次，焊道均未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

圖3 焊接推力疲勞測試

圖4 試驗(yàn)后焊道無開裂現(xiàn)象

金相試驗(yàn)：CO2氣體MAG焊道無氣孔裂紋，晶體顆粒粗大，與母材無明顯熔合線。有較明顯魏氏組織特征。

圖5 金相試驗(yàn)晶體顆粒特征

Air激光焊焊道無氣孔裂紋，晶粒相對緊密，激光焊焊道與母材有明顯分界線，

圖6 晶體顆粒相對緊密

對比兩者金相，CO2氣體MAG焊晶體顆粒明顯大于Air激光焊，根據(jù)HaLL-Patch定律，晶粒越小強(qiáng)度越高。由于CO2氣體MAG焊填充焊絲K5高度，可額外補(bǔ)償強(qiáng)度。Air激光焊屬于自熔焊，若雙方各種焊道參數(shù)等同，實(shí)際強(qiáng)度激光焊優(yōu)于MAG焊[2]。

2 焊接作用

MAG焊保護(hù)氣體作用：穩(wěn)定電弧減少飛濺，焊道成型好，提高熔敷率，控制焊接煙塵。

激光焊保護(hù)氣體作用：保護(hù)鏡片免受金屬蒸氣污染與飛濺的破壞，驅(qū)散金屬煙塵防止激光功率降低。避免焊道表面氧化。

由于激光焊是利用高能光束對母材進(jìn)行自熔產(chǎn)生焊道，極少出現(xiàn)飛濺現(xiàn)象，對熔敷率飛濺焊道圓滑過渡無要求，惰性保護(hù)氣體對激光焊道作用不明顯。

MAG焊接采用惰性氣保護(hù)活保護(hù),原因是焊接狀態(tài)下，不同金屬燃燒在合金化進(jìn)而冷卻形成焊道過程會產(chǎn)生一定量雜質(zhì)在熔池內(nèi)上升，如冷卻速度過快雜質(zhì)未溶解完畢會產(chǎn)生氣孔等缺陷，所以，惰性保護(hù)氣體是傳統(tǒng)焊接工藝必須的條件，對合格焊道形成至關(guān)重要[3]。

激光焊因?yàn)槭窃叵嗤哪覆南嗷プ匀诋a(chǎn)生焊道，焊道產(chǎn)生雜質(zhì)少，同時也因?yàn)榧す夂鸽x焦的工藝特性，熱量集中在母材表面下1mm出現(xiàn)，焊道熔深穩(wěn)定，冷卻速度快，惰性保護(hù)氣體對焊道成型作用不明顯。氣體主要作用是吹散金屬燃燒產(chǎn)生的煙塵，提高激光效能轉(zhuǎn)化率，保護(hù)光學(xué)鏡片被飛濺等因素破壞。

激光焊道因焊機(jī)有頻率參數(shù)可控制光斑密度，可自由控制焊道表面粗糙度，MAG焊的焊道表面由于惰性氣體保護(hù)不充分導(dǎo)致的氧化問題可以在激光焊頻率參數(shù)調(diào)節(jié)上得到控制。

若MAG焊與激光焊對比焊接速度等同，外觀對比MAG焊道成型是否良好取決于電流電壓保護(hù)氣體相互配比，激光焊道焊道取決于離焦量及光能轉(zhuǎn)化率與頻率的調(diào)節(jié)。

在焊接效率等同的前提下，降低焊接耗材是產(chǎn)品成本降低重要手段之一。根據(jù)焊縫金屬材料費(fèi)用及電費(fèi)計算公式，工件厚度＊焊接長度＊焊接類型＊焊接體積＊焊絲成本＊焊接時間，焊絲及電費(fèi)消耗約0.1元/cm，混合保護(hù)氣體流量20-25升/分鐘=1.2-1.5m3/小時＊0.89元/m3=2.04元/小時。而激光焊無焊絲消耗，壓縮空氣成本趨于零。由于激光焊在無焊絲無惰性保護(hù)氣體下焊道各種指標(biāo)符合并高于產(chǎn)品性能要求，完全可以代替MAG焊進(jìn)行焊接。

3 結(jié)論分析

試驗(yàn)表明，在對有后續(xù)表面處理工藝的前提下，激光焊對比MIG焊有經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。

結(jié)論：①激光焊在Q235母材焊道強(qiáng)度高于母材屈服強(qiáng)度。②激光焊耗材成本明顯低于MAG焊。

綜上所述，激光焊可以在Q235材料焊接替代MAG焊接具有廣闊前景，在降低生產(chǎn)成本上具有極大優(yōu)勢。