TA1保温杯超薄板窄间距激光焊接工艺优化

王志杰; 琚震江; 赵洪; 施兴富; 吴林军; 王泽宇

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.08

焊接工艺 | 浏览量 : 0 下载量: 10 CSCD: 0

PDF
导出
分享
收藏
专辑

TA1保温杯超薄板窄间距激光焊接工艺优化
Optimized Design of Laser Welding Process for Ultra-Thin TA1 Thermal Insulation Cup with Narrow Gaps
2025年55卷第5期页码：63-68
收稿：2024-12-12，

修回：2025-01-13，

纸质出版：2025-05-20
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.08
稿件说明：

移动端阅览

王志杰，琚震江，赵洪，等.TA1保温杯超薄板窄间距激光焊接工艺优化［J］.电焊机，2025，55（5）：63-68. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.08.

WANG Zhijie, JU Zhenjiang, ZHAO Hong, et al.Optimized Design of Laser Welding Process for Ultra-Thin TA1 Thermal Insulation Cup with Narrow Gaps[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(5): 63-68. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.08.

摘要

为实现超薄、窄间距TA1保温杯板材的精密连接，设计搭建了一种基于旋转定位系统的激光焊接装置，并进行了焊接试验，分析激光焊接功率及焊接速度等工艺参数对焊接接头组织、显微硬度、力学性能的影响规律。研究发现，激光功率和旋转定位台转速对焊接质量有显著影响。当激光功率过低（600 W）或旋转定位台转速过快（11~13 r/min）时，焊接热输入低，熔池流动性差，导致组织分布不均且熔深浅；而激光功率过高（1 200~1 350 W）或转速过慢（3~5 r/min）时，热输入过高，接头变形大、热影响区宽且易产生气孔缺陷。通过对不同工艺参数下的焊接接头进行体式显微分析、金相观察和拉脱力测试，发现当激光功率为 1 050 W、旋转定位台转速为 7 r/min 时，接头成形良好，内胆和外壁对结构称，无气孔缺陷，且接头非标试样的平均拉脱力和最小拉脱力分别达到峰值 1 415 N、1343 N。试验结果证明，优化后的焊接工艺显著提升了纯钛焊接的精度和质量，可以为高纯钛保温杯的高效高品质制造提供理论依据和参考。

Abstract

To achieve precise connections of ultra-thin

narrow-spaced TA1 thermal insulation cup plates

this study designed and built a laser welding device based on a rotary positioner system

and carried out welding experiments to analyze the effects of process parameters such as laser welding power and welding speed on the microstructure

microhardness

and mechanical properties of welded joints.

Results

indicate that laser power and rotary positioner speed significantly impact welding quality. At low laser power (600 W) or high rotary positioner speed (11~13 r/min)

low welding heat input reduces molten pool fluidity

causing uneven microstructure distribution and shallow penetration. Conversely

high laser power (1 200~1 350 W) or low rotary positioner speed (3~5 r/min) increases heat input

leading to significant joint deformation

a wide heat-affected zone

and porosity defects. Comprehensive analysis of welded joints under different parameters via stereoscopic microscopy

metallographic examination

and pull-off force tests reveals optimal parameters: a laser power of 1 050 W and a rotary positioner speed of 7 r/min. Under these conditions

the joint forms well

with symmetrical inner and outer wall structures

no porosity defects

and peak average and minimum pull-off forces of 1 415 N and 1 343 N

respectively. The optimized process significantly enhances the accuracy and quality of titanium welding

offering a theoretical basis and reference for the efficient

high-quality manufacturing of pure titanium thermal insulation cups.

关键词

Keywords

references

王海洋，谢晨，陈刚，等 . TA1纯钛微型杯件软模微拉深成形工艺研究［J］. 精密成形工程， 2023 ， 15 （ 07 ）： 40 - 47 .

WANG H Y ， XIE C ， CHEN G ， et al . Micro Drawing Forming Technology of TA1 Micro Cup Parts with Flexible Die ［J］. Journal of Netshape Forming Engineering ， 2023 ， 15 （ 07 ）： 40 - 47 .

邱贺方，侯笑晗，郭晓辉，等 . 电弧增材制造薄壁件形状控制研究进展［J］. 材料导报， 2024 ， 38 （ 06 ）： 197 - 210 .

QIU H F ， HOU X H ， GUO X H ， et al . Progress in Shape Control of Thin-walled Parts for Wire and Arc Additive Manufacturing ［J］. Materials Reports ， 2024 ， 38 （ 06 ）： 197 - 210 .

Kumar B ， Kebede D ， Bag S . Microstructure evolution in thin sheet laser welding of titanium alloy ［J］. International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems ， 2018 ， 11 ： 203 - 229 .

Khan M S ， Soleimani M ， Midawi A R H ， et al . A review on heat affected zone softening of dual-phase steels during laser welding ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2023 ， 102 ： 663 - 684 .

马寅，马国龙，王尉，等 . 装配间隙对铝合金激光-电弧复合焊接头成形及气孔的影响研究［J］. 电焊机， 2024 ， 54 （ 10 ）： 61 - 69 .

MA Y ， MA G L ， WANG W ， et al . Study on the Effect of Assembly Gap on the Formation and Porosity of Laser-Arc Hybrid Welded Joints in Aluminum Alloys ［J］. Electric Welding Machine ， 2024 ， 54 （ 10 ）： 61 - 69 .

聂宇，冯巧波，王春亮，等 . 316L不锈钢薄板激光焊接接头微观组织及力学性能研究［J］. 热加工工艺， 2024 ， 53 （ 24 ）： 80 - 84 .

NIE Y ， FENG Q B ， WANG C L ， et al . Study on Microstructure and Mechanical Properties of Laser Welded Joints of 316L Stainless Steel Sheet ［J］. Hot Working Technology ， 2024 ， 53 （ 24 ）： 80 - 84 .

马寅，韩晓辉，李刚卿，等 . TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织性能［J］. 电焊机， 2023 ， 53 （ 8 ）： 93 - 97 .

MA Y ， HAN X H ， LI G Q ， et al . Microstructure and Properties of Laser-MIG Hybrid Welded TC4 Titanium Alloy Joints ［J］. Electric Welding Machine ， 2023 ， 53 （ 8 ）： 93 - 97 .

周凯，杨灿，杨焕，等 . 激光工艺参数对钛合金表面着色稳定性的影响［J］. 中国激光， 2023 ， 50 （ 08 ）： 154 - 162 .

ZHOU K ， YANG C ， YANG H ， et al . Influence of Laser Process Parameters on Coloring Stability of Titanium Alloy Surface ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2023 ， 50 （ 08 ）： 154 - 162 .

魏玉顺，马青军，武鹏博，等 . TC4钛合金激光焊接技术研究进展［J］. 电焊机， 2023 ， 53 （ 8 ）： 55 - 66 .

WEI Y S ， MA Q J ， WU P B ， et al . Research Progress in Laser Welding Technology of TC4 Titanium Alloy ［J］. Electric Welding Machine ， 2023 ， 53 （ 8 ）： 55 - 66 .

Deshmukh P S ， Katiyar A ， Sahu A ， et al . Wire arc additive manufacturing of commercially pure titanium bio-medical alloy ［J］. Materials Today： Proceedings ， 2022 ， 52 （ 1 ）： 369 - 379 .