316L不銹鋼因其良好的力學性能,低廉的價格,成為最常用的醫用材料。脈沖激光焊作為一種精密的連接方法,在醫療器械的制造中發揮著重要的作用。而奧氏體不銹鋼熱導率小、線脹系數大、焊接過程中由熱收縮而引起的工件橫向位移、連接時對接縫間隙過大或過小等原因,難以保證焊接質量,薄板對接焊中最易產生的缺陷是燒穿;而且激光焊時在焊縫起焊和收尾處易出現半橢圓形缺口等缺陷。大連理工大學閻小軍等針對上述問題試驗研究了0. 1mm厚316L不銹鋼超薄板脈沖激光焊的工藝參數配合,分析了焊接接頭的組織和力學性能。
一、316L不銹鋼超薄板的脈沖激光焊工藝特點
母材為厚度僅0. 1mm的316L不銹鋼超薄板,采用平板對接焊的方式。焊機為國產500W脈沖激光焊機,最小電流為100A,最大頻率為100Hz,脈沖寬度為0. 1 ~12ms。試板尺寸為25mmX 12mmX 0.1mm。對接接頭用砂紙打磨平整,用丙酮清洗除去表面油污。
通過改變工藝參數焊接試板表明,采用脈沖激光焊時,在選擇工藝參數時應遵循“小電流、大脈寬、高速度、高頻率”的原則。因為小電流、大脈寬既可以防止因功率密度大造成的局部汽化,又可以降低液態熔池的溫度梯度,減小表面張力的不良影響,有利于焊縫成形和接頭強度的提高。提高焊接速度有利于減小焊縫起焊和收尾處的半橢圓形缺口尺寸,但對于脈沖激光焊,提高焊接速度,單個焊點之間的重疊率會降低,這樣很容易出現焊接缺陷,所以在提高焊接速度的同時必須提高脈沖頻率,從而提高單個焊點之間的重疊率,保證焊接質量。
二、316L不銹鋼超薄板的脈沖激光焊接頭的組織特征
焊接接頭完全是奧氏體組織,中心是等軸晶而邊緣是柱狀晶。等軸晶和柱狀晶交界處局部有明顯分界線。而且焊接熱影響區非常窄,幾乎看不到。在焊縫中沒有發現δ鐵素體,這與激光焊時熔池的冷卻速率快及合金元素含量有關。
三、316L不銹鋼超薄板的脈沖激光焊接頭的力學性能
316L不銹鋼薄板脈沖激光焊接頭拉伸試驗表明,母材的抗拉強度為778MPa,焊縫的抗拉強度為739MPa,可達到母材的95%;母材的伸長率為14%,焊縫的伸長率為12%,可達到母材的85%。激光焊接頭力學性能降低的原因可能與焊縫中等軸晶和柱狀晶交界處產生的分界線有關。