一、目的
《焊接方法与设备使用》是三年制高职焊接技术及自动化专业的一门专业主干课程。其任务主要是讲述常用的各种焊接方法的过程本质、质量控制、相应焊接设备的构成、工作原理、焊接参数的合理选择及具体的操作技术要领。为了巩固所学常用焊接方法与设备的知识，熟悉有关资料，掌握焊接工艺参数的选择和焊接设备的操作技术，安排了为期一周的课程设计。通过本次焊接工艺设计，锻炼学生们的分析问题与解决问题的能力，提高焊接操作技能。
二、激光焊的原理及特点
1、激光焊的概述
激光焊是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法。与传统的焊接方法相比，激光焊具有能量高密度高，穿透力强、精度高、适应性强等优点。
2、原理
激光是指激光活性物质或称工作物质受到激励，产生辐射，通过光放大而产生一种单色性好、方向性强、光亮度高的光束。经透射或反射镜聚焦后可获得直径小于0.01mm、功率密度高达106到1012W/cm2的能束，可用作焊接，切割及材料表面处理的热源。
激光焊实质是激光与非透明物质相互作用的过程，这个过程极其复杂，微观上是一个量子过程，宏观上则是表现为反射、吸收、加热、熔化、汽化等现象。
3、特点
（1）聚焦后的激光焊功率密度可达106到1012W/cm2甚至更高，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，易于实现深熔焊和高速焊接，特别适合精密焊接和微细焊接。
（2）可获得深宽比大的焊缝，激光焊的深宽比目前已超过12：1，焊接厚件时不开坡口一次成形。
（3）适宜于常规焊接方法难以焊接的材料，如难熔金属、热敏感性强的材料以及物理性能、尺寸和体积差异悬殊的工件间焊接；也可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等。
（4）可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位。 （5）可穿过透明介质对密闭容器内的工件焊接。
（6）激光束不受电磁干扰，不存在X射线防护问题，也不需要真空保护。 （7）激光焊难以焊接发射率高的金属。
（8）对焊接工件加工、组装、定位要求高。 （9）设备一次性投资大。
三、不锈钢的焊接
不锈钢的激光焊接性能较好。奥氏体不锈钢的导热系数只有碳钢的1/3，吸收率比碳钢略高。因此、奥氏体不锈钢的熔深比普通碳钢深5%-10%。
Cr-Ni系不锈钢激光焊接时，材料具有很高的能量吸收率和熔化效率。用CO2激光焊焊接奥氏体不锈钢时，在功率为5kW，焊接速度为1m/min，光斑直径为0.6mm的条件下，光的吸收率为85%，熔化效率为71%。由于焊接速度快，减轻了不锈钢焊接时的过热现象和线膨胀系数大的不良影响，热变形和残余应力相对较小，焊缝无气孔、夹杂等缺陷，接头强度与木材相当。实践表明，当钢中Cr/Ni当量大于1.6时，奥氏体不锈钢较合适激光焊；Cr/Ni当量小于1.6时，焊缝中产生热裂纹的倾向明显提高。
不锈钢激光焊的另一个特点是，用小功率CO2激光焊焊接不锈钢薄板，可以获得外观成形良好、焊缝平滑美观的接头。不锈钢的激光焊接，可用于核电站中不锈钢管、核燃料包等的焊接，也可用于化工等其他工业部门。
四、设备及材料
1、设备：CO2激光焊机，由激光器、光束传输和聚焦系统、焊枪、工作台、电控制装置、气源、水源、操作盘、数控装置等组成，如下图
CO2连续激光焊机
2、材料：18-8不锈钢钢板两块。 3、母材介绍
18-8（Cr18Ni8系列）为奥氏体不锈钢，出厂状态为固溶、退火 18-8不锈钢的物理性能，见表1
表1 不锈钢的物理性能
钢种 α/10℃ -6 -1-1-1-6-1λ/W▪m▪℃ Ρ/10Ω▪cm C/J▪㎏-1Ρ’/g▪㎝ 7.93 -3▪℃ 0-100 18-8 17.3 0-315 17.8 0-650 18.7 100 500 20 72 0-100 592.4 16.29 21.48 18-8不锈钢的化学成分，见表2
表2 18-8不锈钢的化学成分
牌号 0Cr18Ni9 C ≤0.08 Si ≤1.00 Mn ≤2.00 P ≤0.035 S Ni Cr 18.00-20.00 ≤0.030 8.00-11.00
六、焊前准备
为了获得成形良好的焊缝，焊前必须将焊件装配良好。尽管焊接变形小，但为了确保焊接过程中焊件间的相对位置不变，最好采用适当的方式装夹定位。各类激光焊接头的装配要求，见表3
表3 各类激光焊接头的装配要求
接头形式 对接街头 角接接头 T形接头 搭接接头 卷边接头 允许最大间隙/mm 0.10δ 0.10δ 0.25δ 0.25δ 0.10δ 允许最大错边量/mm 0.25δ 0.25δ — — 0.25δ 根据母材的材料类型、板厚及接头形式选择相应的焊接参数并调试焊机参数，如表4
表4 18-8不锈钢的焊接参数 材料 厚度/mm 焊接速度/(cm/s) 18-8不锈钢 6.00 2.14 0.70 7 缝宽/mm 深宽比 功率/KW 3.5 对接街头 接头形式
CO2激光焊机最常用的接头形式为对接和搭接，所以工件开“I”行坡口，如下图
I形坡口
六、焊接过程
1、将装配好的两块不锈钢焊件装夹在激光焊机工作台上； 2、开启激光焊机调整各焊接参数，对焦； 3、开始焊接；
4、关闭设备，去下工件； 5、焊后清理及设备保养。
七、激光焊的安全与防护
1、一般防护
（1）在激光加工设备上应设有明显的危险警告标志和信号。 （2）激光光路系统应尽可能全封闭。
（3）激光加工场地也应设有安全标志，并采用预防栅栏、隔墙、屏风等，防止无关人员误入危险区。
2、人身防护
（1)激光器现场操作和加工工作人员必须配备激光防护眼镜，穿白色工作服，以减少漫反射的影响。
（2)只允许有经验的工作人员对激光器进行操作和进行激光加工。
（3)焊接区应配备有效的通风装置。
八、参考文献
曹朝霞 特种焊接技术【M】. 北京：机械工业出版社，2009 雷世明 焊接方法及设备【M】. 北京：机械工业出版社，2002 英若采 熔焊原理及金属材料焊接. 北京：机械工业出版社，2000
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