激光焊接P20钢熔深与焊接参数的关系.docx
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激光焊接P20钢熔深与焊接参数的关系
激光焊接P20钢熔深与焊接参数的关系
1、前言
采用了脉冲激光焊接Cr12Mo1V1钢相同的研究方法，使用的设备，试件表面处理，检验方法等
（1），研究P20钢在脉冲激光自熔焊情况下，熔深与焊接参数之间的关系。
P20钢脉冲激光自熔焊情况下，无飞溅允许的最大功率密度测定结果
（2）可知：
Pmax≤0.86106w/cm2（tp=3.0msF=10Hzd=0.80mm）.
2、试验方法
自熔焊采用的焊接工艺参数列于附录1的表1~4，共有4组：
1）E=2.0~3.6Jtp=3.0ms
F=10Hzd=0.40mm
2）E=2.6~6.0Jtp=5.0ms
F=10Hzd=0.40mm
3）E=4.0~12.0Jtp=3.0ms
F=10Hzd=0.80mm
4）E=4.0~12.0Jtp=5.0ms
F=10Hzd=0.80mm
3试验结果
不同焊接参数下自熔焊，实测的熔深列于附录2。
根据此结果进行的数据处理列于附录3.中熔深同焊接参数之间的关系如下：
（a）tp=3.0ms，d=0.40mm（b）tp=5.0ms，d=0.40mm
（c）tp=3.0ms，d=0.80mm（d）tp=5.0ms，d=0.80mm
图1熔深与脉冲能量的关系测试结果（F=10Hz）
数据处理所得到的熔深同焊接参数之间关系的相应数学表达式如下:
1）
---------------------------------------------------------------------------
（1）
2）
------------------------------------------------------------------------
（2）
3）
------------------------------------------------------------------------（3）
4）
-------------------------------------------（4）
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P20钢送检报告（12）
1.目的：
检测熔深同脉冲能量间的关系。
2.试件表面处理：
电火花线切割成厚5.0mm的片；磨光到Ra3.2；清洗后干燥。
3.试件说明：
14组焊件编号分别为：
110——115、116——121、122——127、
128——133。
⑵每件试件焊3条焊缝。
⑶试面为焊道横剖面。
⑷每件试件的焊接工艺参数及外观列入表1——4。
4.检验
⑴测量每条焊道横剖面的H、h、B、b，而后求出每个焊件3条焊道的H、h、B、b的平均值。
⑵给出114号、127号、129号、133号试件的宏观组织图。
表1：
焊接工艺参数
110
111
112
113
114
115
脉冲能量（J）
2.0
2.4
2.7
3.0
3.3
3.6
脉冲宽度（ms）
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
脉冲频率（Hz）
10
10
10
10
10
10
光斑直径（mm）
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
飞溅状况
无
无
无
无
无
无
裂纹状况
无
无
无
无
无
无
表2：
焊接工艺参数
116
117
118
119
120
121
脉冲能量（J）
2.6
3.0
3.6
4.4
5.2
6.0
脉冲宽度（ms）
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
脉冲频率（Hz）
10
10
10
10
10
10
光斑直径（mm）
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
0.40
飞溅状况
无
无
无
无
无
轻微
裂纹状况
无
无
无
无
无
无
表3：
焊接工艺参数
122
123
124
125
126
127
脉冲能量（J）
4.0
6.0
8.0
10.0
11.0
12.0
脉冲宽度（ms）
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
脉冲频率（Hz）
10
10
10
10
10
10
光斑直径（mm）
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
飞溅状况
无
无
无
无
无
轻微
裂纹状况
无
无
无
无
无
无
注：
103号试件有一条焊道因飞溅不成形。
表4：
焊接工艺参数
128
129
130
131
132
133
脉冲能量（J）
4.0
6.0
8.0
10.0
11.0
12.0
脉冲宽度（ms）
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
5.0
脉冲频率（Hz）
10
10
10
10
10
10
光斑直径（mm）
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
0.80
飞溅状况
无
无
无
无
无
无
裂纹状况
无
无
无
无
无
无
激光加工技术研究组
2008-7-2
附录二：
脉冲激光焊接P20钢自熔焊焊道形貌尺寸
测试结果
一、各焊道焊缝横断面形貌尺寸
1、脉冲宽度tp=3.0ms脉冲频率F=10Hz光斑直径d=0.40mm
焊缝编号
脉冲能量E/J
熔深
H/mm
表面宽度B/mm
半深宽度b/mm
凹下深度h/mm
110
2.0
0.279
0.581
0.411
0.030
111
2.4
0.304
0.621
0.413
0.033
112
2.7
0.340
0.639
0.414
0.030
113
3.0
0.391
0.661
0.10
0.029
114
3.3
0.517
0.704
0.401
0.040
115
3.6
0.441
0.769
0.430
0.049
曲线图
2、脉冲宽度tp=5.0ms脉冲频率F=10Hz光斑直径d=0.40mm
焊缝编号
脉冲能量E/J
熔深
H/mm
表面宽度B/mm
半深宽度b/mm
凹下深度h/mm
116
2.6
0.287
0.623
0.430
0.033
117
3.0
0.376
0.657
0.454
0.041
118
3.6
0.526
0.697
0.419
0.059
119
4.4
0.676
0.746
0.460
0.039
120
5.2
0.821
0.987
0.486
0.053
121
6.0
0.873
1.031
0.531
0.116
曲线图
3、脉冲宽度tp=3.0ms脉冲频率F=10Hz光斑直径d=0.80mm
焊缝编号
脉冲能量E/J
熔深
H/mm
表面宽度B/mm
半深宽度b/mm
凹下深度h/mm
122
4.0
0.099
0.616
0.416
0
123
6.0
0.265
0.936
0.532
0.063
124
8.0
0.429
1.030
0.564
0.074
125
10.0
0.694
1.414
0.474
0.074
126
11.0
0.713
1.448
0.479
0.017
127
12.0
0.844
1.752
0.533
0.089
曲线图
4、脉冲宽度tp=5.0ms脉冲频率F=10Hz光斑直径d=0.80mm
焊缝编号
脉冲能量E/J
熔深
H/mm
表面宽度B/mm
半深宽度b/mm
凹下深度h/mm
128
4.0
0.155
0.689
0.497
0.011
129
6.0
0.168
0.843
0.563
0.024
130
8.0
0.226
1.004
0.678
0.033
131
10.0
0.390
1.074
0.724
0.078
132
11.0
0.657
1.215
0.518
0.043
133
12.0
0.632
1.351
0.488
0.039
曲线图
一、部分试件的宏观图片（放大倍数未注明均为100倍）
114#
127#（50×）
129#
133#
附录三：
数据处理12
表一、t=3.0msF=10Hzd=0.40mm
H——E直线B——E直线
焊缝编号
脉冲能量/J
熔深H/mm
表面宽度B/mm
110
2.0
0.279
0.581
111
2.4
0.304
0.621
112
2.7
0.340
0.639
113
3.0
0.391
0.661
114
3.3
0.517
0.704
115
3.6
0.441
0.769
B
－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A0.352250.03795
B0.10950.01316
------------------------------------------------------------
R0.97231
公式
H－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A-0.005410.09993
B0.135560.03465
------------------------------------------------------------
R0.89038
公式
表二、t=5.0msF=10Hzd=0.40mm
H——E直线B——E直线
焊缝编号
脉冲能量/J
熔深H/mm
表面宽度B/mm
116
2.6
0.287
0.623
117
3.0
0.376
0.657
118
3.6
0.526
0.697
119
4.4
0.676
0.746
120
5.2
0.821
0.987
121
6.0
0.873
1.031
B－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A0.260060.07821
B0.128250.01817
---------------------------------
R0.96211
公式
H－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------
A-0.14530.06371
B0.178660.0148
------------------------------------------
R0.98654
公式
表三、t=3.0msF=10Hzd=0.80mm
H——E直线B——E直线
焊缝编号
脉冲能量/J
熔深H/mm
表面宽度B/mm
122
4.0
0.099
0.616
123
6.0
0.265
0.936
124
8.0
0.429
1.030
125
10.0
0.694
1.414
126
11.0
0.713
1.448
127
12.0
0.844
1.752
B－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
-------------------------------------------------
A0.081630.11314
B0.131490.01264
-------------------------------------------------
R0.98203
公式
H－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A-0.289880.04236
B0.093790.00473
------------------------------------------------------------
R0.99495
公式
表四、t=5.0msF=10Hzd=0.80mm
H——E罗伦次曲线B——E直线
焊缝编号
脉冲能量/J
熔深H/mm
表面宽度B/mm
128
4.0
0.155
0.689
129
6.0
0.168
0.843
130
8.0
0.226
1.004
131
10.0
0.390
1.074
133
12.0
0.632
1.351
B－E
Y=A+B*X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A0.373130.05822
B0.07720.0065
------------------------------------------------------------
R0.98611
公式
H－E
LORENTZ公式
R^2=0.9998
y00.12424?
.00972
xc11.80369?
.18031
w3.74034?
.49512
A3.01604?
.38601
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