激光焊接与氩弧焊优缺点，激光焊可以焊钨钢吗

阅读本文前，请点击“关注”，随时访问系列优质文章，方便讨论和分享。在生产过程中，能源和运营成本，先进焊接方法的使用在行业中日益增加。激光束焊接(LBW) 和钨极气体保护焊(GTAW) 均使用保护气体，因此与其他更传统的工艺相比，其效率、夹紧要求和焊接问题较低。它是某些工业中生产高质量焊缝的绝佳替代方案。应用程序。机器人技术与转型和自动化相关的问题。

LBW 是可用于实现工业制造工艺的最通用、最灵活的液体粘合方法之一。在这方面，使用安装在计算机数控CNC系统上的激光热源进行焊接被称为先进工艺。激光焊接系统最常见的优点包括精度、高速度、低热输入、最小残余应力、成功焊接热敏部件、高自动化能力、减少准备步骤以及焊接异种金属的能力。在GTAW工艺中，通过非自耗钨电极或其合金与工件之间的电弧获得熔池。

两种工艺都可以使用保护气体来保护熔融金属区域。总体而言，与GTAW相比，LBW的热影响区HAZ更窄，变形量也明显更小。

HSLA 钢的价值在于其能够通过受控的热机械制造工艺提供卓越的强度，同时保持良好的焊接性和成型性。在特定温度下控制轧制过程最终会产生超细的微观结构并提高机械性能。用于可调焊接台的自动GTAW 系统。钨电极含有2% 的钍。焊枪的角度设置为相对于水平面60。 GTAW操作采用直流电极负极，以减少飞溅并获得更稳定的电弧，采用恒压电源，以氩气为保护气体，使用10 L/min的流量以获得足够的覆盖率。

焊接后，将金相样品安装在电木中，抛光至2500 目，然后使用1 m 金刚石浆料进行化学蚀刻，最后在8 秒内使用硝酸溶液进行蚀刻。金相分析采用Meigi光学显微镜和VEGA TESCAN-XMU扫描电子显微镜进行。

接头的机械性能是通过使用线切割机从焊接样品的横截面加工出拉伸样品来获得的，并且根据ASTM-E8标准进行拉伸试验，如图所示。

配有咖啡机。拉伸试验在室温下以2mm/min的速度进行。此外，根据ASTM E18标准进行硬度测试，评估在室温下100公斤的力和15秒的情况下焊缝到母材的硬度变化。

显示了LBW 接头和GTAW 接头的光学微观结构，分别由240 J/mm 和1995 J/mm 的热输入组成。 LBW样品的显微组织由针状铁素体和一些残余奥氏体组成，而GTAW工艺的样品由粗大的针状马氏体组成，其周围通常有大量的残余奥氏体。在LBW 和GTAW 焊接工艺中，材料的机械性能取决于微观结构。焊接过程中的热输入是影响最终微观结构以及焊接材料机械性能的因素之一。随着热输入的增加，冷却速率降低，马氏体夹杂物预计会增加。对于低热输入的样品则相反，从而产生更精细的微观结构。

显示了GTAW 和LBW 的BM、HAZ 和WZ 三重区域的微观结构。母材通过热机械操作生产，并经过正火热处理，形成非常细晶粒的铁素体-珠光体微观结构。显示了两种焊接工艺的颗粒热影响区。 FG-HAZ是温度超过Ac3的区域。

LBW焊接试样的FG-HAZ具有铁素体+马氏体显微组织，这两相相邻相的形成是双相钢的特征。由于LBW在加工过程中热量集中度高，FG-HAZ的温度不超过723~911的温度范围，高冷却速率使奥氏体相转变为马氏体。

两种焊接工艺中CG-HAZ 的显微组织相似，由针状马氏体和一些残余奥氏体包围组成。显示焊缝金属的显微组织。显微组织由针状铁素体、残余奥氏体和局部形成的马氏体组成。显示GTAW 工艺期间的相同区域。

GTAW金属熔池的显微组织由针状马氏体组成，周围有少量残余奥氏体。由于电弧焊中的等离子射流力是熔池内混合的主要来源，因此熔池受益于焊接过程中电源对合金元素的混合。

由于合金元素分布均匀，如果母材硬化或冷却得足够快，适合自动化GTAW 工艺，就会发生马氏体转变。尽管比GTAW焊冷却速度更快，但LBW方法并没有形成马氏体结构，这可能是由于激光焊池的等离子射流力不足所致。尽管熔池内没有足够的混合动力，但在富碳区域形成马氏体，在贫碳区域形成针状铁素体。需要记住的重要一点是，等离子体的高温范围和高速流动会在焊池内引起强烈的化学反应和混合。

自动LBW 和GTAW 工艺过程中FG-HAZ 的SEM 图像。激光焊接FG-HAZ产生的显微组织比母材具有更好的形貌性能，而自动GTAW工艺相同区域的显微组织含有铁素体+珠光体和马氏体。由于GTAW冷却速度相对较慢，部分奥氏体相转变为珠光体，其余部分转变为马氏体。焊缝的质量应通过试样的体积乘以材料的密度来确定。通过将热输入乘以焊接速度和焊接质量来估算传递到焊缝的能量。通过将传递的能量除以质量和比热容的乘积来计算温度变化。 LBW试样和自动GTAW试样的截面硬度随距焊缝中心距离的变化曲线表明，LBW焊缝金属的硬度低于GTAW焊缝。

由于两个区域的形貌几乎相同，包括马氏体和残余奥氏体，因此两种工艺的HAZ的硬度值几乎相同。当然，在LBW工艺中，由于热输入较低且冷却速度较快，HAZ中马氏体包的尺寸较小，但仍表现出与GTAW热影响区相同的硬度。

GTAW熔化区的平均硬度约为266维氏，LBW样品的平均硬度为243维氏。一般情况下，GTAW熔体区的硬度值比LBW样品同一区的硬度值高8.5%左右。 GTAW熔合区宽度约为5 mm，LBW焊缝金属宽度约为2 mm，GTAW试样HAZ厚度约为11 mm，LBW试样同一部位厚度为大约11毫米，也就是大约3毫米。

通过拉伸试验获得的机械性能，例如极限强度、屈服强度和断裂伸长率。描述了通过LBW 获得的接合性能。首先出现的是热输入对LBW 接头的极限强度和屈服强度有类似的影响，产生几乎相同的趋势。下一点是热输入越低，接头越坚固。随着热输入进一步增加，接头的强度再次增加，但高热输入下强度的增加还会产生其他副作用。

热输入对LBW 接头断裂伸长率的影响。这个数字非常重要，因为它还提供了有关热输入对接头韧性影响的信息。存在一个发生最大断裂伸长率的热输入值。比较表明，140（J/mm）的热输入导致LBW接头的强度和断裂伸长率最高，同时提供最高的接头韧性。

显示了GTAW 热输入对接头极限强度和屈服强度的影响。请注意，这些图实际上代表了母体金属的机械性能，因为在所有这些样本中断裂都是从母体金属发生的。

还显示了热输入对GTAW 接头断裂伸长率的影响。描述了母材的性能，但关于热输入对断裂伸长率的影响，无法得出具体结论。

正如预期的那样，焊接接头的静态机械强度低于母材的静态机械强度。尽管两种焊接接头表现出相似的极限强度，但与LBW 接头相比，GTAW 样品表现出明显更高的屈服强度。

LBW 样品表现出的低屈服强度可能是由于WZ 中存在铁素体，导致WZ 在此类接头处失效。请注意，GTAW 样品WZ 中马氏体的存在改变了GTAW 样品BM 中的失效位置。因此，GTAW 试样的极限强度为4.2%，屈服强度为2.6%。激光焊接S500MC钢时，所得焊接接头的显微组织和机械性能受到热输入等各种加工参数的影响。这些数字表明，给定量的热输入会增加焊接接头的极限强度和屈服强度。然而，值得注意的是，适当的热输入可能会根据所采用的具体焊接方法和所需的机械性能而变化。

通过改变每个焊接过程中的热输入，显微组织形态几乎保持不变，仅晶粒尺寸和残余奥氏体数量发生变化。换句话说，钢的淬透性决定了冷却速率，并且根据工艺类型，所有热量输入都会形成相同的微观结构。当然，热输入最低的样品会产生更精细的微观结构和更多的残余奥氏体，从而获得更好的机械性能。没有填充金属的S500MC 钢的熔化焊接会由于热机械操作和焊缝所有区域发生冶金转变而破坏其性能。在这项研究中，通过GTAW 工艺获得的接头在机械性能方面表现出比通过LBW 工艺获得的接头更好的结果。

GTAW 样品的强度远高于LBW 样品，激光焊接样品在横向载荷作用下从焊缝区域失效。 GTAW加工焊接强度高，接头处不会断裂。

两种焊接方法的HAZ硬度值几乎相同，但焊缝的硬度根据显微组织类型和晶粒尺寸而有所不同。 GTAW焊缝金属的硬度值比LBW样品高约8.5%。 GTAW 工艺过程中零件的变形很大，因此LBW 是避免样品变形的良好选择。