不锈钢箔带激光

李晓萱+朱荣华+谢明辉+刘鲜鲜+张一帆+宗珂朴

摘 要：介绍了采用激光—粘接复合焊技术连接304不锈钢箔带，基于正交试验设计了激光焊接参数对复合焊接头性能的影响，制备了复合连接的接头试样，并通过拉伸试验测试了各参数下接头的性能，为实际应用的不锈钢箔波纹管制坯的焊接参数提供依据。

关键词：激光焊接；波纹管；不锈钢箔

中图分类号：TG44 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0054-02

1 概述

波纹管（又称伸缩节、膨胀节等），由一个或几个波纹管及结构件组成（如图1所示），可做成圆形或矩形，可分为单式、复式、外压轴向等类型。波纹管主要用于管道的热变形补偿、吸收管线沉降、减震等作用，广泛应用于石油化工、航空航天、仪器仪表等行业。

波纹管的制造流程一般为：波纹管管坯的制造，波纹成形，热处理，表面处理等。波纹管管坯的制造一般分为无缝和有缝管坯。无缝管坯主要为不锈钢薄壁无缝管或金属板，通过拉深或旋压拉深工艺来制造。有缝管坯的制造，一般通过板材或带材卷筒后对焊而成。采用焊接方法制造波纹管管坯，是生产高效、壁厚控制容易、适应性强和成本低的一种工艺方法。目前多用于制造大直径波纹管和软管所用管坯[1][2]。

波纹管有缝管坯的制造，目前主要采用的是氩弧焊、等离子焊、电子束焊及激光焊等焊接工艺方法。焊接厚度一般为1～5mm，材料为1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2及GH169等。激光焊接和电子束焊接工艺由于能量集中，热影响区小，适合于金属箔的微焊连接。激光焊接与电子束焊接工艺相比，灵活度较高，焊接过程不需要采用X射线，因此更加安全[3-6]。此外波纹管管坯的焊接制造，主要集中在厚度较厚的金属板，而对薄壁金属箔带的焊接研究较少。而提高能源及资源的利用率已成为制造业的一项基本要求，因此，节省材料降低厚度成为一种重要手段，因此箔带的焊接连接的研究显得尤为重要。由于薄壁材料的激光焊接裝配要求较高，因此，本研究采用激光焊和粘接相结合的复合连接法进行不锈钢箔的连接。

2 试验与分析

选用304不锈钢箔带作为研究对象，焊接设备为EFE-1LS-350型ND：YAG激光焊接机，箔板的厚度为0.1mm，其化学成分如表1所示。不锈钢箔激光-粘接复合焊焊接接头设计如图3所示。

本实验采用的粘接材料为3M DP420型耐高温AB胶，其为双组份环氧树脂粘接胶水，增韧性、高剥离强度、低拉伸率，在室温下即可固化。

实验采用激光焊与粘接相结合的连接工艺，图4所示为该连接工艺的流程。先对不锈钢箔粘接部位进行表面化学清洗处理，然后涂胶搭接，将被连接不锈钢箔粘接在一起，然后采用激光焊机进行熔化焊，最后对接头进行固化处理。激光焊接的主要工艺参数为：激光功率、离焦量、焊接速度、光斑直径、保护气流量等。根据预期的结果，选取脉冲电流、脉冲宽度、频率和焊接速度4个因素，每个因素各取四水平。选用 L16（44）的正交实验表。正交实验设计方案如表2所列。激光光斑直径选取2mm。

通过正交试验设计分别制备了不同参数下的不锈钢箔带的激光—粘接复合焊的试样，并对试样进行了拉伸试验，从而获得了合适的激光—粘接复合连接工艺参数为：脉冲电流为60A，脉宽为1ms，频率为3Hz，焊接速度为2mm/s。

3 结束语

通过采用激光—粘接复合焊的连接技术来焊接不锈钢箔带，不仅具有传统粘接和激光焊的优点，同时实现了“线”与“面”的相互结合，强度进一步提高。胶粘剂有助于优化激光焊接装配，缩短生产周期时间。基于正交试验的复合焊参数设计，可快速获得合适的激光焊接-胶接复合连接参数，为实际应用的不锈钢箔波纹管制坯的焊接参数提供依据。

参考文献：

[1]曹宝璋，陈永忠，俞彬，等.金属波纹管成型方法的分析与比较[J].设计与研究，2001，2：11-15.

[2]李剑，廖丹佩，詹艳然.螺形波纹管旋压成形过程的尺寸变化特点[J].精密成形工程，2016，8（2）：55-58.

[3]耿平，杨玉玲，张多.18-8型奥氏体不锈钢低功率Nd：YAG激光焊接研究[J].激光与红外，2007，37（1）：34-36.

[4]刘黎明，王红阳，王恒，等.镁合金激光胶接焊接头微观及力学性能[J].中国机械工程，2007，18（3）：352-356.

[5]王铭茂，陶汪，马轶男，等.激光胶接复合点焊工艺特性[J].焊接学报，2012，33（7）：101-104.

[6]梅丽芳，陈根余，金湘中，等.车用铝合金光纤激光搭接焊的研究[J].中国激光，2010，37（8）：2091-2097.endprint