激光焊接Cr12.docx
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激光焊接Cr12
Nd:
YAG脉冲激光焊接Cr12钢
焊道熔深同脉冲能量之间的关系
脉冲激光焊接，关键在于已知焊深要求的情况下，如何选定适合的焊接工艺参数，本研究是为“SWtollopenHP”脉冲激光机实际焊接提供合适的工艺参数。
研究采用脉冲激光焊接Cr12钢相同的设备，材料，工艺参数、方法
（1）。
根据Cr12钢脉冲激光焊接下，无飞溅允许的最大功率密度测定结果
（2），可知Pmax≤0.92106W/cm2实际焊接P≤Pmax。
不同的参数焊接的焊道熔深测量结果列于表1-4。
表1不同脉冲能量焊接熔深测量结果
（1）
焊道编号
工艺参数
44
45
46
脉冲能量（J）
2.0
2.8
3.6
脉冲宽度（ms）
3.0
3.0
3.0
光斑直径（mm）
0.40
0.40
0.40
脉冲频率（Hz）
13
13
13
焊道熔深（mm）
0.20
0.44
0.69
表2不同脉冲能量焊接熔深测量结果
（2）
焊道编号
工艺参数
51
52
53
54
55
脉冲能量（J）
2.8
3.6
4.4
5.2
6.0
脉冲宽度（ms）
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
光斑直径（mm）
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
脉冲频率（Hz）
13
13
13
13
13
焊道熔深（mm）
0.29
0.50
0.71
0.87
1.08
表3不同脉冲能量焊接熔深测量结果（3）
焊接编号
工艺参数
56
57
58
59
60
脉冲能量（J）
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
脉冲宽度（ms）
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
光斑直径（mm）
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
脉冲频率（Hz）
13
13
13
13
13
焊道熔深（mm）
0.06
0.13
0.19
0.24
1.31
表4不同脉冲能量焊接熔深测量结果（4）
焊接编号
工艺参数
62
63
64
65
脉冲能量（J）
2.6
4.0
6.0
8.0
脉冲宽度（ms）
5.0
5.0
5.0
5.0
光斑直径（mm）
0.80
0.80
0.80
0.80
脉冲频率（Hz）
13
13
13
13
焊道熔深（mm）
0.09
0.12
0.19
0.23
根据表1-4焊接熔深测量结果。
分别用直线洛伦兹模式拟合关系列于图1-4
脉冲能量（J）
熔深（mm）
图144#--46#熔深同脉冲能量关系拟合线
图250#--55#熔深同脉冲能量关系拟合线
图356#--60#熔深同脉冲能量关系拟合线
熔深（mm）
脉冲能量（J）
图462#--65#熔深同脉冲能量关系拟合线
4条拟合线的数字表达式分别为：
H1=0.31E-0.42------------------------------------------------------------------------
（1）
H2=0.25E-0.43------------------------------------------------------------------------
（2）
--------------------------（3）
H4=0.03E+0.02--------------------------------------------------------------------------（4）
根据数字表达式1—4，可以得到实际焊接可采用的工艺参数，列于表5—8。
表5不同熔深需要的脉冲能量
焊道熔深mm
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
脉冲能量J
2.0
2.2
2.3
2.5
2.6
2.8
3.0
3.1
3.3
3.5
tp=3.0msd=0.40mmF=13Hz
表6不同熔深需要的脉冲能量
焊道熔深mm
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
脉冲能量J
2.5
2.9
3.3
3.7
4.1
4.5
4.9
5.3
5.7
6.1
tp=5.0msd=0.40mmF=13Hz
表7不同熔深需要的脉冲能量
焊道熔深mm
0.10
.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1.10
1.20
1.30
脉冲能量
J
1.22
7.32
8.31
8.78
9.08
9.29
9.45
9.58
9.69
9.78
9.86
9.93
9.99
tp=3.0msd=0.80mmF=13Hz
表8不同熔深需要的脉冲能量
焊道熔深mm
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
脉冲能量J
3.0
4.8
6.6
8.4
10.1
tp=5.0msd=0.80mmF=13Hz
表5—表8的数字表达式分别为：
E1=3.2H1+1.4-------------------------------------（5）
E2=4.0H2+1.7------------------------------------（6）
--------------------------------（7）
E4=35.7H4+0.6-----------------------------------------（8）
参考资料：
1、激光焊接技术研究组.Nd:
YAG脉冲激光焊接Cr12MoV钢脉冲能量与熔深的关系.成都敏捷制造工程有限公司，内部资料，2008-6-18
2、激光焊接技术研究组.YAG脉冲激光焊接五种模具钢允许的最大功率密度.成都敏捷制造工程有限公司，内部资料，2008-4-11
附录一：
脉冲激光焊接Cr12钢送件单（06）
一、目的
确定Cr12模具钢的最佳焊接工艺参数
二、试样焊接工艺参数
所有焊接参数列入附表
三、试样说明
1、每个试样均有编号，即
44～46
50～55
56～60
62～65
47～49因飞溅严重未焊
61因功率超过额定功率150 w而未焊
66～67因平均功率>１５０w而未焊
２、每个试件都有用同一组参数焊成的焊缝。
３、试样取自焊缝横断面。
四、检验要求
１、测量焊缝横断面形貌尺寸：
H----基体熔化区深度（mm） B----基体熔化区宽度（mm）
h----焊料堆积高度（mm） b----焊料堆积宽度（mm）
２、每组参数的三条焊缝形貌尺寸分别给出，
３、传导焊、深熔焊焊缝横剖面宏观图片各一张。
４、焊缝为有缺陷，分别指明气孔、夹杂物、裂纹等缺陷。
５、宏观组织图片请标明放大倍数。
试验焊接参数选择表
44
45
46
脉冲能量（J）
2.00
2.80
3.60
脉冲宽度（ms）
3.0
3.0
3.0
脉冲频率（Hz）
13
13
13
光斑直径（mm）
0.40
0.40
0.40
状态
良好
裂纹
裂纹
50
51
52
53
54
55
脉冲能量（J）
2.60
2.80
3.60
4.40
5.20
6.00
脉冲宽度（ms）
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
脉冲频率（Hz）
13
13
13
13
13
13
光斑直径（mm）
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
状态
裂纹
裂纹
裂纹
裂纹
裂纹
裂纹
56
57
58
59
60
脉冲能量（J）
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
脉冲宽度（ms）
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
脉冲频率（Hz）
13
13
13
13
13
光斑直径（mm）
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
状态
裂纹
良好
良好
裂纹
裂纹
62
63
64
65
脉冲能量（J）
2.60
4.00
6.00
8.00
脉冲宽度（ms）
5.0
5.0
5.0
5.0
脉冲频率（Hz）
13
13
13
13
光斑直径（mm）
0.80
0.80
0.80
0.80
状态
裂纹
良好
良好
裂纹
激光焊接研究组
2008-４-11
附录二：
脉冲激光焊接Cr12钢自熔焊焊缝形貌尺寸测试结果
一、各焊道焊缝横剖面形貌尺寸检测数据
1、脉冲宽度tp=3.0ms脉冲频率F=13Hz光斑直径d=0.4mm
试样编号
焊缝编号
脉冲能量E/J
焊缝熔深H/mm
表面宽度B/mm
半深宽度b/mm
凹下深度h/mm
44
1
2.00
0.194
0.597
0.324
0.053
2
0.194
0.591
0.313
0.056
3
0.209
0.604
0.311
0.053
平均值
0.199
0.597
0.316
0.054
45
1
2.80
0.439
0.774
0.324
0.086
2
0.453
0.681
0.320
0.083
3
0.440
0.714
0.319
0.070
平均值
0.444
0.723
0.321
0.080
46
1
3.60
0.689
0.843
0.346
0.066
2
0.751
0.881
0.390
0.096
3
0.643
0.817
0.339
0.087
平均值
0.694
0.847
0.358
0.083
曲线图
2、脉冲宽度tp=5.0ms脉冲频率F=13Hz光斑直径d=0.4mm
试样编号
焊缝编号
脉冲能量E/J
焊缝熔深H/mm
表面宽度B/mm
半深宽度b/mm
凹下深度h/mm
50
1
2.60
0.233
0.663
0.361
0.063
2
0.184
0.647
0.436
0.063
3
0.179
0.666
0.459
0.086
平均值
0.199
0.659
0.419
0.071
51
1
2.80
0.277
0.663
0.390
0.084
2
0.293
0.656
0.371
0.082
3
0.289
0.676
0.389
0.074
平均值
0.286
0.665
0.383
0.080
52
1
3.60
0.501
0.821
0.389
0.096
2
0.506
0.793
0.377
0.101
3
0.489
0.761
0.351
0.094
平均值
0.499
0.792
0.372
0.097
53
1
4.40
0.753
0.860
0.383
0.134
2
0.701
0.877
0.397
0.113
3
0.678
0.897
0.383
0.106
平均值
0.712
0.878
0.388
0.118
54
1
5.20
0.909
0.940
0.436
0.107
2
0.891
0.997
0.433
0.129
3
0.823
0.953
0.409
0.099
平均值
0.874
0.963
0.426
0.112
55
1
6.00
1.076
1.067
0.476
0.161
2
1.083
1.007
0.479
0.190
3
1.086
1.044
0.472
0.185
平均值
1.082
1.039
0.476
0.169
曲线图
3、脉冲宽度tp=3.0ms脉冲频率F=13Hz光斑直径d=0.8mm
试样编号
焊缝编号
脉冲能量E/J
焊缝熔深H/mm
表面宽度B/mm
半深宽度b/mm
凹下深度h/mm
56
1
2.00
0.069
0.499
0.276
0
2
0.061
0.490
0.331
0
3
0.054
0.517
0.359
0
平均值
0.061
0.502
0.322
0
57
1
4.00
0.123
0.847
0.694
0
2
0.137
0.866
0.676
0.019
3
0.121
0.847
0.679
0
平均值
0.127
0.853
0.683
0.006
58
1
6.00
0.189
1.016
0.641
0.056
2
0.190
0.999
0.626
0.074
3
0.201
1.019
0.534
0.077
平均值
0.193
1.011
0.600
0.069
59
1
8.00
0.211
1.069
0.733
0.073
2
0.243
1.067
0.637
0.087
3
0.275
1.076
0.500
0.086
平均值
0.243
1.071
0.623
0.082
60
1
10.00
1.206
1.431
0.397
0.161
2
1.422
1.383
0.428
0.145
3
1.306
1.419
0.386
0.119
平均值
1.311
1.411
0.404
0.142
曲线图
4、脉冲宽度tp=5.0ms脉冲频率F=13Hz光斑直径d=0.8mm
试样编号
焊缝编号
脉冲能量E/J
焊缝熔深H/mm
表面宽度B/mm
半深宽度b/mm
凹下深度h/mm
62
1
2.60
0.093
0.607
0.330
0
2
0.084
0.591
0.300
0
3
0.089
0.600
0.317
0
平均值
0.089
0.599
0.316
0
63
1
4.00
0.126
0.777
0.589
0
2
0.116
0.769
0.594
0
3
0.114
0.759
0.581
0
平均值
0.119
0.768
0.588
0
64
1
6.00
0.207
0.893
0.694
0.046
2
0.187
0.936
0.723
0.042
3
0.184
0.931
0.700
0.032
平均值
0.193
0.920
0.706
0.040
65
1
8.00
0.226
1.041
0.686
0.054
2
0.240
1.034
0.721
0.087
3
0.229
1.053
0.730
0.071
平均值
0.232
1.043
0.712
0.071
曲线图
二、各焊道焊缝横剖面宏观图片及缺陷图片
1、传导焊焊缝横剖面宏观图片（△注：
深熔焊焊缝均有缺陷故未给出）
63#
2、焊缝缺陷宏观图片（△注：
以下图片未标明的均为100X）
46#50#
51#52#
53#54#
55#58#
60#（50X）65#
附录三：
Cr12钢自熔焊数据处理结果
试样编号
脉冲能量E/J
熔深H/mm
表面宽度B/mm
44
2
0.199
0.597
45
2.8
0.444
0.723
46
3.6
0.694
0.847
脉冲能量（J）
熔深H（mm）
H－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A-0.420580.00519
B0.309370.0018
------------------------------------------------------------
R0.99998
公式
B－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A0.284830.00207
B0.156257.21688E-4
------------------------------------------------------------
R0.99999
公式
试样编号
脉冲能量E/J
熔深H/mm
表面宽度B/mm
50
2.6
0.199
0.659
51
2.8
0.286
0.665
52
3.6
0.499
0.792
53
4.4
0.712
0.878
54
5.2
0.874
0.963
55
6.0
1.082
1.039
H－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A-0.432550.03327
B0.253960.00777
------------------------------------------------------------
R0.99813
公式
B－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A0.360580.02122
B0.115140.00496
------------------------------------------------------------
R0.99631
公式
焊缝编号
脉冲能量E/J
熔深H/mm
表面宽度B/mm
56
2
0.061
0.502
57
4
0.127
0.853
58
6
0.193
1.011
59
8
0.243
1.071
60
10
1.311
1.411
H－E
Model:
Lorentz
R^2=0.99604
y00.08446\（177）0.13448
xc10.82567\（177）11.70361
w1.45041\（177）15.00341
A6.41455\（177）111.84607
B－E
Y=A+B1*X+B2*X^2+B3*X^3
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A-0.36340.1664
B10.592630.10875
B2-0.090830.02018
B30.004930.00111
------------------------------------------------------------
R-Square（COD）0.99739
公式
焊缝编号
脉冲能量E/J
熔深H/mm
表面宽度B/mm
62
2.6
0.089
0.599
63
4
0.119
0.768
64
6
0.193
0.920
65
8
0.232
1.043
H－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A0.015690.01387
B0.027680.0025
------------------------------------------------------------
R0.99191
公式
B－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A0.417320.04608
B0.080620.00832
------------------------------------------------------------
R0.98952
公式
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