本文来源自公众号：激光制造研究
Optics &Laser Technology｜5.1｜中科院2区Top｜ Q1｜
导读
在Q235B碳钢的表面清理过程中，高温氧化皮的形成始终是一个难题，主要原因在于其在高温下具有较强的附着力和较高的化学稳定性。然而，Q235B钢在后续制造过程中不可避免需要进行焊接，而为保证焊接质量，焊前必须对氧化皮进行彻底清除。现有清理方法往往难以实现完全去除，这会直接削弱接头的力学性能并限制其工业应用。本文针对采用多种清理方法处理后的Q235B碳钢板，开展了摆动激光焊接研究。利用激光扫描共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射（EBSD）等手段，系统表征了表面形貌、焊缝成形、显微组织及焊接接头的力学性能，并对不同清理方法下接头的力学性能差异进行了评估，同时深入探讨了接头的失效机理。结果表明，在多种清理方法中，一体化激光清理是去除氧化皮的最理想方案：该方法不仅能够彻底清除氧化皮，还可在一定程度上降低材料表面粗糙度（SZ）。氧化皮的完全去除可提高匙孔稳定性，并在焊接过程中避免咬边、气孔等缺陷。与机械打磨相比，一体化激光清理辅助的激光焊接能够进一步细化焊缝区晶粒，并降低焊缝区平均晶粒取向程度，从而有效提升接头力学性能。与一体化激光清理相比，机械打磨处理后的接头抗拉强度和延伸率分别下降9.99%和23.93%。接头性能降低的主要原因在于表面残余氧化皮导致气孔形成以及由此引发的应力集中。此外，本文提出了包含裂纹萌生、裂纹扩展及最终断裂的示意图，用以阐明接头的失效机制。
主要图表
主要结论
本研究采用不同清理方法去除Q235B碳钢板表面的氧化皮，并对处理后的试样进行对接接头形式的摆动激光焊接。系统研究了焊缝成形、显微组织与焊接接头力学性能，并讨论了不同预处理方式对接头失效机理的影响。主要结论如下：
（1）在三种激光清理方法中，一体化激光清理是去除氧化皮的最理想方案。与机械打磨相比，一体化清理方法能够将氧化皮彻底清除；同时，在激光清理过程中材料表面粗糙度也可得到有效降低。
（2）接头中残留氧化皮会诱发匙孔不稳定，并在焊接过程中导致咬边、气孔等缺陷产生。由于能够更彻底地去除氧化皮，脉冲激光辅助的激光复合清理有助于改善焊缝成形并提升焊接过程稳定性。
（3）与机械打磨相比，一体化激光清理辅助的激光焊接可进一步细化焊缝区晶粒并降低焊缝区平均晶粒取向程度；同时，焊缝区GND密度与Schmid因子增加，从而有效提升接头力学性能。
（4）与一体化激光清理处理的接头相比，机械打磨处理后的焊接接头抗拉强度和延伸率分别下降9.99%和23.93%。接头性能减弱的主要原因是表面残余氧化皮导致气孔形成，以及由残余氧化皮引起的应力集中效应。
（5）一体化激光清理处理接头的失效过程主要可分为孔洞萌生、孔洞长大与聚集并在外载作用下断裂；而机械打磨处理接头的失效过程则主要表现为裂纹萌生、裂纹扩展直至裂纹断裂。
