? ? ? ?摘要：基于0.5mm厚HastelloyC一276薄板進(jìn)行了脈沖激光填絲焊接實(shí)驗(yàn)，研究了激光單脈沖能量和離焦量對(duì)焊縫成形的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，單脈沖能量和離焦量主要影響脈沖激光焊接熱輸入量、光斑大小和激光空間分布，并且對(duì)焊縫成形的宏觀形貌影響較大；隨著熱輸入量的增大，焊縫上下熔寬增大，焊縫下余高和下接觸角也增大；在一定離焦量范圍內(nèi)，激光光斑直徑越大，焊縫熔寬越大；受激光空間分布的影響，負(fù)離焦時(shí)，焊縫上熔寬總是略大于下熔寬；在一定工藝條件下，可獲得正余高可控的焊接接頭及熔寬、余高和接觸角均勻而熔寬較小的焊縫形貌；焊縫上下表面光滑、均勻，表現(xiàn)出半圓波浪條紋特征。

1、引言

? ? ? ?鎳基合金HastelloyC-276具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，已被廣泛應(yīng)用于石油化工、核電等領(lǐng)域。

? ? ? ?目前，HastelloyC-276材料的焊接方法主要有氬弧焊、電子束焊和激光自熔焊。研究發(fā)現(xiàn)，HastelloyC-276氬弧焊接熱輸人量大，焊縫顯微組織粗大，有二次相析出，焊縫邊緣存在軟化的熱影響區(qū)，焊接接頭抗拉強(qiáng)度低。HastelloyC-276電子束焊接焊縫晶粒明顯得到細(xì)化，硬度較母材得到顯著提高，但焊接過(guò)程需要在真空環(huán)境中進(jìn)行。脈沖激光焊接熱輸入量小、冷卻速度快，薄板HastelloyC-276脈沖激光自熔焊焊縫成形較好，焊縫晶粒明顯得到細(xì)化，元素偏析程度較低。與氬弧焊接相比，激光自熔焊具有明顯優(yōu)勢(shì)，可替代氬弧焊接作為屏蔽套焊接成形的一種重要技術(shù)手段，但激光自熔焊接焊縫易產(chǎn)生負(fù)余高，影響屏蔽套整體使用性能。薄板激光填絲焊接(LwFw)它具有間隙容錯(cuò)能力強(qiáng)、夾緊精度要求低、能量密度集中等特點(diǎn)，比自熔焊更適合長(zhǎng)大徑厚比屏蔽套的焊接。HastelloyC-276薄板激光填絲焊接有利于提高焊接接頭力學(xué)性能，但易受脈沖激光熱輸入、光斑大小和激光空間分布的影響。為此，本文研究了單脈沖能量和離焦對(duì)HastelloyC-276薄板脈沖激光填絲焊接形狀的影響。

2實(shí)驗(yàn)材料與方法

? ? ? ?采用0．5mm厚的HastelloyC-276薄板(100mm×40mm)作為母材，選用直徑為0.5mm的ERNiCrMo-4焊絲，母材與焊絲的化學(xué)成分見(jiàn)表1。采用英國(guó)GSI公司生產(chǎn)的JK701H型Nd：YAG脈沖激光器和自主改進(jìn)的送絲系統(tǒng)。為保證焊絲的剛直性和穩(wěn)定性，調(diào)整伸出送絲嘴的焊絲長(zhǎng)度為2mm。采用前置送絲方式，送絲角度a為30°，光絲間距d為0．31Tim，并保證焊接過(guò)程中焊絲端部位于熔池前沿位置處。焊接過(guò)程中采用體積分?jǐn)?shù)為99.9％的氬氣作為保護(hù)氣。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

? ? ? ?根據(jù)填絲焊接工藝對(duì)焊縫成形形貌的影響規(guī)律可知，在單脈沖能量范圍為1.25～1.75J、離焦量范嗣為一2～+2mm的條件下可獲得熔寬較小，且上下熔寬、余高、接觸角均近似一致的焊縫形貌。圖2所示為單脈沖能量為1．25J、離焦量為一lmm時(shí)獲得的焊縫成形截面形貌。圖3所示為在此工藝條件下的焊縫成形表面形貌?？砂l(fā)現(xiàn)，焊縫表面光滑均勻，焊絲填充過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定。焊縫上表面成形呈現(xiàn)出一定周期性的半圓波浪條紋特征，周邊未見(jiàn)明顯飛濺物，這主要是因?yàn)槊}沖激光間斷作用使得焊縫上表面經(jīng)歷了多次熔化凝固，其中條紋間距與脈沖頻率和焊接速度有關(guān)；焊縫下表面成形出現(xiàn)明顯的熔化邊界，且熔池金屬向下形成突起，也呈現(xiàn)出一定的半圓波浪條紋特征，但半圓波浪條紋方向與上表面的相反，主要是激與興電子學(xué)進(jìn)展由于焊接過(guò)程中冷卻速度較大．且焊絲填充焊接產(chǎn)生的余高較大．后一脈沖并不能完全熔透前一脈沖作用形成的余高金屬，即前一脈沖作用形成的下余離低他處的金屬并木經(jīng)歷熔過(guò)程。

? ? ? ?研究了單脈沖能量和離焦量對(duì)HastelloyC-276薄板脈沖激光填絲焊接中焊縫形貌的影響規(guī)律。得出以下結(jié)論。

1)隨著單脈沖能量的增大．焊縫熔寬增大．住最力作用下焊縫金屬向下塌陷，焊縫上余高和上接觸角減小，下余高增大。

2)在不同離焦量條件下，焊縫上、下熔寬均本相近；隨著離焦量絕對(duì)值的增大，光斑直徑增大，焊縫熔寬增大；受激光空問(wèn)分布的影響，負(fù)離焦時(shí)，上熔寬總是略大于下熔寬，正離焦時(shí)，當(dāng)離焦量超過(guò)+2mm時(shí)，下熔寬略大于上熔寬，且正離焦時(shí)焊縫下余高比負(fù)離焦時(shí)的要大。

3)在單脈沖能量范圍為1．25～1．75J、離焦域范為-2～+2mm的條件下，可獲得熔寬較小，且上下熔寬、余高、接觸角均近似一致的焊縫形貌；焊絲填加過(guò)程穩(wěn)定，焊縫上、下表面成形光滑、均勻，均表現(xiàn)出半圓波浪條紋特征．但下表面半圓波浪條紋方向與上表面的相反。