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        在試驗(yàn)中，采用氬氣為保護(hù)氣體，固定離焦量為-1mm，根據(jù)四因素三水平的正交試驗(yàn)原理，對(duì)焊縫質(zhì)量的影響因素：電流，脈沖頻率，脈沖寬度，焊接速度進(jìn)行搭配，通過統(tǒng)計(jì)分析，確定對(duì)焊縫質(zhì)量影響****的因素；采用LWD200-4T型光學(xué)顯微鏡和Quanta 200型掃描電鏡觀察焊縫形貌。

    S1、S2、S3分別代表四因素在第1、2、3水平下焊縫表面形貌表征數(shù)值平均值Rs=max｛S1j,S2j,S3j｝-min｛S1j,S2j,S3j｝。極差R的大小反映了焊接中各因素對(duì)焊縫質(zhì)量影響的大小，極差越大，說明該因素?cái)?shù)值的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響越大，是焊接過程中應(yīng)該控制的重要因素。比較RS可以看出，脈沖頻率是對(duì)脈沖激光焊焊縫質(zhì)量影響****的工藝參數(shù)，其余依次是電流，脈寬和焊接速度。

當(dāng)脈沖頻率為15Hz和30Hz時(shí)，焊縫中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)工藝氣孔，工藝氣孔有圓錐形、不規(guī)則形和球形三種。下面分別分析這三種形貌的工藝氣孔。

        4試驗(yàn)組中發(fā)現(xiàn)的氣孔的形貌圖，脈沖頻率為15Hz，電流為160A，脈寬為2.5ms，焊接速度為600mm/min，離焦量為-1mm時(shí)，焊縫中所發(fā)現(xiàn)的氣孔的形貌圖，觀察圖3.16-a可以看出，試驗(yàn)組表面看不見孔洞，但沿焊縫表面打磨后出現(xiàn)圓形孔洞，直徑0.22-0.41mm，沿焊縫方向與焊點(diǎn)同心分布。c是氣孔橫截面外觀形貌圖，可以看出孔洞為圓錐形。這是因?yàn)樵囼?yàn)組電流較大，焊接峰值功率高，高能激光束打在金屬不銹鋼焊接管表面，極大的瞬時(shí)熱輸入使熔池內(nèi)部金屬迅速受熱氣化向外逸散，造成熔池沸騰，飛濺嚴(yán)重，焊縫金屬損失形成孔洞，孔洞內(nèi)壁上沿有較大瘤狀金屬附著物，這是飛濺的液態(tài)金屬冷卻后造成的。

維持脈沖頻率不變，調(diào)節(jié)其他焊接參數(shù)，1、4、7試驗(yàn)組焊縫中氣孔橫截面外觀形貌。1試驗(yàn)組脈沖寬度為2.0ms，焊接速度800 mm·min-1，電流180A，從圖3.17-a可以看出，其焊點(diǎn)分離，沒有重熔金屬覆蓋金屬蒸汽逸散造成的小孔，形成了開放型孔洞。隨著脈沖寬度增加至2.5ms，電流減少至160A，焊接速度減少至600 mm·min-1，熱輸入更加均勻，熔池穩(wěn)定，飛濺減少，前一焊點(diǎn)重熔金屬可以回填后續(xù)焊點(diǎn)產(chǎn)生的孔洞，但SUS304不銹鋼焊接管合金元素含量高，液態(tài)流動(dòng)性差，填充不足從而形成的閉合氣孔，4試驗(yàn)組所示。7試驗(yàn)組脈沖寬度加大至3.0ms，進(jìn)一步降低電流和焊接速度，在焊接過程獲得足夠量重熔金屬和較長(zhǎng)回填時(shí)間，有效消除了圓錐形氣孔。經(jīng)測(cè)試，在焊接頻率為15Hz條件下，1、4、7試驗(yàn)組焊縫的焊點(diǎn)重疊率依次為38%、35%、42%，均不能形成合格焊縫，須進(jìn)一步增大脈沖頻率。增大脈沖頻率到30Hz時(shí)，基本上完全消除了大的圓錐形工藝氣孔，但在焊縫底部出現(xiàn)了不規(guī)則的工藝性氣孔。。從3.18-a、3.18-b、3.18-c可以看出，2和5試驗(yàn)組在焊縫底部均有不規(guī)則的氣孔，匙孔型氣孔一般都是位于熔池底部的不規(guī)則的氣孔，也有一部分規(guī)則的氣孔。這是由于深熔焊時(shí)，匙孔中金屬蒸汽劇烈蒸發(fā)，小孔內(nèi)部處于不穩(wěn)定狀態(tài)，小孔前部的高溫液態(tài)金屬快速下降，到達(dá)熔池底部時(shí)受液體流作用力向熔池后部運(yùn)動(dòng)形成渦流。這個(gè)過程很容易切斷小孔，把金屬蒸汽封閉在小孔內(nèi)，而脈沖激光焊冷卻速度很快，液態(tài)金屬來不及回填便在焊縫底部形成了氣孔，2、5兩試驗(yàn)組電流較大，瞬時(shí)熱輸入高，熔池內(nèi)液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)劇烈，沖擊力較大，容易形成此種工藝性氣孔。8試驗(yàn)組降低了電流，減小脈寬并增大焊接速度，適當(dāng)降低了熱輸入，緩解了液態(tài)金屬紊流，有效降低焊縫中工藝氣孔產(chǎn)生的概率。

當(dāng)脈沖頻率為30Hz時(shí)，實(shí)驗(yàn)中焊縫中還出現(xiàn)了球形氣孔。從3.19-a中可以看出氣孔位于焊縫中部的分層處。從3.19-b中可以看出氣孔呈球形，還保留了一點(diǎn)漩渦狀。這是由于高功率密度的激光打到材料表面，使材料迅速汽化，形成小孔，小孔中金屬蒸汽劇烈蒸發(fā)，小孔內(nèi)部處于不穩(wěn)定狀態(tài)，小孔前部的高溫液態(tài)金屬快速下降，到達(dá)熔池底部時(shí)受液體流作用力向熔池后部運(yùn)動(dòng)形成渦流，這個(gè)過程很容易切斷小孔，把金屬蒸汽封閉在小孔內(nèi)，在一段時(shí)間內(nèi)，金屬蒸汽沒凝固，而是以氣體的形式漩渦狀的形貌存在于液態(tài)熔池內(nèi)部，并會(huì)在液態(tài)金屬中上浮，在上浮過程中，在液態(tài)金屬表面張力的作用下，會(huì)由漩渦狀慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐巍Ｓ钟捎诶鋮s速度很快，在上浮過程中凝固了，氣孔會(huì)呈旋渦狀的球形，并出現(xiàn)在熔池中部。

激光焊薄板不銹鋼焊接管時(shí)，焊縫金屬中的氣孔究竟是如何形成的呢？這是由于：盡管鋼板的厚度為1mm，但用脈沖激光焊時(shí)，還是屬于深熔焊。深熔焊時(shí)，熔池中存在等離子體，產(chǎn)生匙孔中，有大量金屬蒸氣劇烈蒸發(fā)，匙孔內(nèi)部處于不穩(wěn)定狀態(tài)。由于熔池溫度的不均勻性，在熔池中存在旋轉(zhuǎn)的渦流，且能量較大，有強(qiáng)烈的攪拌力作用，液態(tài)金屬在匙孔前壁快速下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)匙孔底部時(shí)，形成渦流。

在焊接過程中，匙孔隨連續(xù)熔池移動(dòng)，并有金屬對(duì)匙孔進(jìn)行回填，就能避免氣孔的產(chǎn)生。若焊接過程中，為非連續(xù)移動(dòng)熔池，如圖3.17中的圖a，液態(tài)金屬就會(huì)把金屬蒸汽封閉在小孔內(nèi)，激光焊時(shí)冷卻速度很快，液態(tài)金屬來不及回填便在焊縫內(nèi)部形成了孔洞。

即使為連續(xù)移動(dòng)熔池，若焊接工藝參數(shù)不適宜，后熔化的液態(tài)金屬對(duì)前面形成的小孔補(bǔ)填不充分，也會(huì)形成孔洞，如圖3.18中的圖a和圖b。焊縫金屬中孔洞的存在，不僅減少焊縫的承載面積，而且會(huì)造成應(yīng)力集中，降低焊接接頭的強(qiáng)度。

進(jìn)一步增大脈沖頻率到45Hz，3、6、9試驗(yàn)組焊縫的焊點(diǎn)重疊率進(jìn)一步提高，分別達(dá)到65%，68%、70%。焊接時(shí)相鄰焊點(diǎn)的重疊率越高，后一焊點(diǎn)對(duì)前一焊點(diǎn)的重熔作用就越明顯，越容易消除前一焊點(diǎn)內(nèi)部可能產(chǎn)生的工藝性氣孔，如圖3.20所示，3、6、9試驗(yàn)組焊縫截面金相圖均沒有發(fā)現(xiàn)氣孔。

通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果分析，脈沖激光焊焊接奧氏體不銹鋼焊接管時(shí)，不當(dāng)?shù)暮附庸に囀钱a(chǎn)生工藝性氣孔的主要原因，對(duì)不銹鋼焊接管薄板焊縫質(zhì)量影響****的工藝參數(shù)是脈沖頻率，其余依次是電流，脈寬和焊接速度。當(dāng)脈沖頻率為15Hz和30Hz時(shí)，焊縫工藝氣孔不能完全消失，氣孔的形狀為圓錐形、不規(guī)則形和球形。不論脈寬頻率與其他參數(shù)以何種方式組合，均不能形成合格的焊縫。而當(dāng)脈沖頻率為45Hz時(shí)，電流，焊接速度和脈沖寬度不論選取何值，焊縫中均無工藝氣孔。

氣孔是焊接過程中經(jīng)常遇到的一種焊接缺陷，如果工藝過程控制不當(dāng)，在奧氏體不銹鋼焊接管的焊縫中，可能出現(xiàn)氣孔，焊縫中的氣孔不僅會(huì)削弱焊縫的有效截面積，同時(shí)也會(huì)帶來應(yīng)力集中，從而降低焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性，嚴(yán)重時(shí)，氣孔還可能會(huì)引起裂紋。