一文了解激光焊接机焊接工艺（三）

不同材料的可焊性

可焊性是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。钢材的可焊性取决于它的化学成分。

含碳量：影响最大，含碳量越低，越不容易产生裂纹，可焊性越好。

合金元素：碳当量Ceq，碳当量小于0.4%时，可焊性优良，大于0.6%时，可焊性差。

• 焊接性能良好的钢：低碳钢(含碳量<0.25)；低合金钢(合金元素含量1~3，含碳量<0.20)；不锈钢(合金 元素含量>3，含碳量<0.18)

• 焊接性能一般的钢：中碳钢(合金元素含量<1，含碳量0.25~0.35)；低合金钢(合金元素含量<3，含碳量 <0.30)；不锈钢(合金元素含量13~25，含碳量0.18)

• 焊接性能较差的钢：中碳钢(合金元素含量<1，含碳量0.35~0.45)；低合金钢(合金元素含量1~3，含碳量 0.30~0.40)；不锈钢(合金元素含量13，含碳量0.20)

• 焊接性能不好的钢：中、高碳钢(合金元素含量<1，含碳量>0.45)；低合金钢(合金元素含量1~3，含碳量>0.40)；不锈钢(合金元素含量13，含碳量0.30~0.40）

不锈钢的可焊性

不锈钢的分类

• 奥氏体不锈钢：Cr>18%，同时含8%左右的Ni及少量Mo，Ti，N，常用牌号1Cr18Ni9，0Cr19Ni9， 一般采用固溶处理(加热至1050~1150˚C后水冷或风冷，得到单相奥氏体组织)；

• 铁素体不锈钢：Cr=12-30%，Cr17，Cr17Mo2Ti，Cr25, Cr25Mo3Ti，Cr28；

• 双相不锈钢：Cr=18-28%，Ni=3-10%，铁素体与奥氏体双相组织；

• 马氏体不锈钢：强度高，塑性与可焊性差，1Cr13，3Cr13，易于产生冷裂纹，需预热、后热、高温回火；F形成元素：Cr，M；A形成元素：Ni，N，Cu，Mn。

不锈钢的特点：

奥氏体不锈钢热膨胀系数是低碳钢和铁素体不锈钢的1.5倍→焊后变形大，热裂敏感性高；

奥氏体不锈钢导热系数是低碳钢的1/3，铁素体不锈钢是低碳钢的1/2→热量集聚，晶粒粗大、热裂纹；

奥氏体不锈钢比电阻是低碳钢的4倍以上，铁素体不锈钢是低碳钢的3倍→激光吸收率大。

• 奥氏体不锈钢激光焊：

含较多稳定奥氏体元素，由于MS在室温以下，所以在常温下具有奥氏体组织。

母材：多边形奥氏体，有少量黑色带状δ铁素体， 且奥氏体晶界上有点状分布的颗粒状M23C6碳化物。

焊缝区：奥氏体为基体，铁素体以网状及板条状共 存于焊缝中。焊缝显微组织是由结晶方式及铁素体 向奥氏体转化的固态相变共同决定的，而结晶方式 和固态相变最终随着Creq/Nieq和冷速的增加，焊缝中的铁素体形态由骨架状向网状过渡。

柱状晶+等轴晶

热输入大→晶粒粗大→力学性能差；热裂纹：P、S等杂质元素偏析；促进热裂P>S>Si>Ni，抑制热裂 C>Mn>Cr；铁素体相为5%-20%，热裂倾向最小。

• 铁素体不锈钢激光焊：

Cr=12%-30%，一般不含Ni, 高温及常温下均以bcc晶格的铁素体为基体组织。

母材：单相铁素体组织 。焊缝区：铁素体+晶界析出的片状马氏体。HAZ：粗大铁素体。

柱状晶+等轴晶

铁素体不锈钢线膨胀系数低于奥氏体，焊接热裂纹倾向不突出。通常说铁素体不锈钢不好焊是指焊接过程中可能导致接头塑性 、韧性降低发生脆化。且其耐蚀性及高温下长期服役出现的脆化 也是不可忽视的问题。高纯F比普通F(0.05-0.1%C)焊接性。

FSS晶粒在900℃以上极易粗化(尽量小的热输入及较快的冷却速度)，475℃附近脆化(焊后热处理)，550-820℃区间停留形成σ相使接头脆化(长期服役)。低温预热(<150℃)防止冷裂纹(高纯铁素体不锈钢不预热)限制C、N等杂质，填充奥氏体焊丝。

• 双相不锈钢激光焊：

指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。

母材：铁素体加奥氏体焊缝区：粗大铁素体，奥氏体 含量低，在晶界析出。HAZ：铁素体为基体，奥氏体针状互连。

焊缝区形成粗大铁素体，奥氏体含量低，晶界易被腐蚀，低温下焊缝易出现脆化。HAZ晶粒粗大，韧性下降。即过高的F及粗大的晶粒组织严重影响接头韧性与耐蚀性。添加含Ni材料，氮气 预热缓冷(可能产生脆化相)。

• 马氏体不锈钢激光焊：

普通1Cr13，2Cr13，热强马氏体不锈钢如2CrWMoV， 2Cr12MoV，超低碳复相马氏体不锈钢0.01C-13Cr-7Ni-3Si，0.03C-12.5Cr-4Ni-0.3Ti，0.03C-12.5Cr-5.3Ni0.3Mo等。除超低碳复相M不锈钢外，全有脆硬倾向。

冷却速度小时，HAZ易产生粗大的马氏体和碳化物；冷却速度大时，HAZ会产生硬化现象，形成粗大马氏体；HAZ塑性和韧性降低而脆化

焊缝区: 粗大马氏体+一定量铁素体；粗大马氏体：对冷裂敏感，有氢存在时还会导致氢致延迟裂纹；铁素体：分布在粗大马氏体晶间，严重时呈网状分布，使接头对冷裂纹更敏感。 

C<0.1%时可不预热，也可预热至200；C=0.1-0.2%时，预热200-260；薄板可以不预热，即使预热，温度为150；奥氏体填料时，可以不预热；后热(调质或高温回火)600-750，1h。

激光焊接过程中的飞溅

激光焊能量密度高、材料蒸发强烈，引起焊接熔池及匙孔剧烈波动，从而产 生大量金属飞溅(除去表面油污因素)。

高速焊时熔池振荡加剧，液态金属易被甩出形成飞溅。厚板：正面 薄板拼焊：背面

能量阈值稳定前提下：减小功率；离焦；正向入射；提升焊速；铜焊接(摆动头)；AMB

激光焊接缺陷—孔洞

氢气孔(冶金型气孔)：氢在液态及固态下溶解度的差异(导致凝固过程中氢气析出。如果析出的氢不能顺利上浮逸出，就会残留在焊缝 中成为气孔)。 

小孔塌陷产生的气孔(工艺型气孔)：在激光焊接过程中，当表面张 力大于蒸气压力时，小孔将不能维持稳定而塌陷，金属来不及填充就 形成了孔洞。 

保护气体产生的气孔：由于熔池底部小孔前沿金属的强烈蒸发，使保护气体被卷入熔池形成气泡，当气泡来不及逸出而残留在焊缝中形成 气孔。

能量阈值稳定前提下：减小功率；离焦；正向入射；提升焊速；铜焊接(摆动头)；AMB；

氢气孔：焊前处理、焊接过程中气体保护、焊接工艺参数；

工艺型气孔：足够高的功率密度维持小孔稳定性、保护气体流量及角度(吹除等离子体)、焊接工艺参数；

保护气体产生气孔：保护气体角度及流量。

激光焊接缺陷-凸起

正常的体积膨胀：奥氏体→铁素体、马氏体转变体积增大；

驼峰焊道：中间凸起，两侧咬边；

高焊速下易于出现，且焊速越高，驼峰越高，间隔越短小光斑直径(减小激光束与液态金属流动汇聚点间距离)反向吹气有利于↓驼峰(降低流速)；

双光束加热后方液态金属