内容发布更新时间 : 2024/5/4 14:34:44星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

CO2激光焊残余应力测试与分析

采用盲孔法研究了CO2 激光焊工艺参数对焊接残余应力的影响，并对激先焊接工件上残余应力的形成过程进行了初步的研究。试验结果表明，激光功率、焊接速度、试板尺寸等困素对残余应力分布情况有明显的影响。

激光焊接有能量传递方便、热影响区小、焊后变形小、表面光洁、可自冷淬火等显著优点。已有文献报道经激光焊工艺加工的工件上，仍然存在着一定的焊接残余应力，焊缝中最大残余拉应力比常规焊接方法所得接头略低，拉伸应力区却小得多[3]。然而对激光焊接工艺参数可能引起的焊接残余应力分布变化方面的研究成果却很少，有必要进行该范围内的研究，以保证焊接结构的使用性能。 1 试验方法与材料

1.1 试样材料 Q235钢扳250mm×l00mm×8mm，为提高光束在焊接过程的吸收率，需清除试样表面的油污和铁锈。

1.2 激光焊接装置 激光焊接装置由激光器、导光系统、聚焦系统、配气系统、冷却系统、工件装夹装置及工作台等部分组成，为带有反射系统的 5 kW CO2连续波激光器。在整个试验过程中，功率选定为 1500 W，2 500 W 或3 OOO W，散焦光束直径为 5 mm，激光束以 0.5－1.5 m／min 的焊接速度扫过钢板形成焊道。焊接残余应力通过YJ－22型静态电阻应变仪测量，测点分布如图二，激光从试样的左端扫描至右端。

1.3 试验数据测取 盲孔中心距焊缝轴线 10 mm，由于钻孔时有热量产生引起温升，并需一段时间后方能恢复到初始温度，因此停钻后立即测试的数据并不准确

[4，5]

。在钻孔后 40 min测定数据，直到相邻两次读数相差1~2με或相同时停

止测试。

2 试验结果及分析

2.l 激光功率 在其他参数固定不变的情况下（焊接速度为1 m／min，激光焦斑在试件表面，无保护气体），采用激光在试样上扫描的方法考察激光器焊接功率对焊接残余应力的影响。激光功率分别为 15OOW 和 2500W 时试样上测得的焊接残余应力见图2。

激光功率越低，熔深及焊缝宽度越小。随着功率的增大，残余应力显著增大；由图可知，激光焊工件的残余应力比常规熔焊方法的残余应力要小一些，拉应力分布的区域更是小得多。

2.2 焊接速度 焊接速度直接影响熔深，采用激光在试样上扫描的方法，试验中

只改变焊接速度，激光功率固定为 2500W，焦斑在试件表面，无保护气体。测得焊速分别为1 m／min和1.5 m／min 时的焊接残余应力如图3所示。

功率一定，提高焊速，熔深减小，因为焊接热输入下降。当焊速过低时，熔深不会再明显增加，而焊缝变宽。因而，在一定的速度范围内，功率一定，熔深及焊缝宽度随焊速的加快而减小，焊缝热影响区也会随焊速的降低而变大。随着焊速的提高，焊缝金属减少，对母材的热作用减弱，近缝区焊接残余应力便会显著降低。

2.3 试样尺寸 试样的尺寸（特别是板厚）对残余应力影响很大，很有可能引起三向应力和残余应力的复杂化。当激光功率为2500 W，焊速为5OO mm／min，焦斑在试件表面，无保护气体，只改变板厚，分别测得不同尺寸试样沿焊缝轴线方向测点上的焊接残余应力如图4所示。