[發(fā)明專利]超高強(qiáng)度鋼的激光-電弧復(fù)合熱源高速焊接方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010100399.2
• 申請日: 2010-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN101733564A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張宏;劉雙宇;石巖;徐春鷹
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K28/02
• 分類號(hào): B23K28/02;B23K9/095;B23K26/32
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責(zé)任公司 22001
• 代理人: 曲博

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)度鋼的激光-電弧復(fù)合熱源高速焊接方法，電弧先行預(yù)熱，激光高速焊接，明顯減小工件焊接變形，明顯降低超高強(qiáng)度鋼焊接中冷裂紋開裂傾向，提高焊接質(zhì)量。該方法屬于高強(qiáng)度鋼焊接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

采用電弧焊焊接高強(qiáng)鋼時(shí)工件會(huì)發(fā)生一定程度的變形，包括橫向、縱向收縮變形，角變形，彎曲變形和波浪變形，造成了焊接結(jié)構(gòu)形狀變異、尺寸精度下降、承載能力降低和疲勞強(qiáng)度降低，這樣的焊接結(jié)構(gòu)會(huì)因在工作荷載作用下引起的附加彎矩和應(yīng)力集中現(xiàn)象作用下早期失效。現(xiàn)有解決焊接變形的措施包括，合理選擇施焊方法和焊接工藝參數(shù)，圍繞結(jié)構(gòu)中性軸平衡布置焊縫，合理選擇焊接順序，使用分段倒退焊和間斷焊，預(yù)置反變形量，采用剛性固定等等。對(duì)于結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)的在規(guī)范允許限值以外的焊接變形，采用機(jī)械矯正法和火焰矯正法予以矯正。而所述解決焊接變形的措施和矯正方法主要是依靠經(jīng)驗(yàn)和有限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行，不能適應(yīng)復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)形式和焊接方法，而且，焊接變形的矯正極為耗時(shí)費(fèi)力，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。另外，大多數(shù)高強(qiáng)度鋼均具有較高的淬硬傾向，采用電弧焊焊接高強(qiáng)度鋼時(shí)，焊縫金屬容易產(chǎn)生冷裂紋。為解決這一技術(shù)問題，所采取的措施是在焊接前預(yù)熱待焊工件，預(yù)熱溫度的高低主要取決于高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分、工件厚度、強(qiáng)度等級(jí)以及焊接結(jié)構(gòu)等因素。盡管這一措施能夠降低焊縫金屬冷裂紋敏感性，但是，卻產(chǎn)生一些新的問題。一方面，焊接前預(yù)熱使得焊接工藝變得復(fù)雜，降低了焊接效率；另一方面，焊接前預(yù)熱所達(dá)到的高溫惡化了操作環(huán)境；再有就是對(duì)于某些復(fù)雜或尺寸較大的工件無法進(jìn)行有效的預(yù)熱處理。

在現(xiàn)有技術(shù)中采用復(fù)合熱源進(jìn)行焊接是一種有效且易行的解決冷裂紋問題的方法。一篇題為“一種高強(qiáng)或超高強(qiáng)鋼激光-電弧復(fù)合熱源焊接方法”、申請?zhí)枮?00810223741.0的中國發(fā)明專利文獻(xiàn)公開了一項(xiàng)技術(shù)方案。該方案采用焊接熱源為激光-電弧復(fù)合熱源，見圖1、圖2所示，焊接工件1為高強(qiáng)度鋼或者超高強(qiáng)度鋼，焊接時(shí)激光噴嘴2在先施焊，電弧焊槍3隨后施焊，焊接參數(shù)如下，激光功率800～2000W，電弧焊接電流270A、電壓30V，干伸長16mm，焊接過程中用20％CO₂+80％Ar混合氣體保護(hù)，流量18L/min，電弧焊槍3與工件1表面夾角θ為45～60°，焊接速率v為0.8m/min，在工件1表面上，激光束與焊絲4之間的光絲間距h在3～7mm范圍內(nèi)確定。激光-電弧復(fù)合熱源的采用較大的光絲間距，使得焊接熔池被拉長，熔池的振蕩加劇，使得熔池金屬的凝固速度降低、晶粒細(xì)化，從而降低了焊接工件1的金屬冷裂紋敏感性，焊縫表面和斷面均未出現(xiàn)裂紋。該方法未設(shè)專門的預(yù)熱環(huán)節(jié)。因此，不存在單純的電弧焊因預(yù)熱工件而帶來的技術(shù)問題。但是，該方案也存在一些缺陷：其一，焊接速度慢，能量輸入大，導(dǎo)致焊接的線能量過大，會(huì)引起焊接工件的變形；其二，光絲間距過大，又由于激光在先、電弧在后，激光穩(wěn)定電弧的作用減小，使焊接過程不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生飛濺。

發(fā)明內(nèi)容

為了在避免產(chǎn)生冷裂紋的前提下，充分發(fā)揮激光穩(wěn)定電弧的作用，從而提高焊接速率，減小焊接能量輸入，防止焊接工件的變形，我們發(fā)明了一種超高強(qiáng)度鋼的激光-電弧復(fù)合熱源高速焊接方法。

本發(fā)明采用激光-電弧復(fù)合熱源焊接，見圖3、圖4所示，焊接工件1為高強(qiáng)度鋼或者超高強(qiáng)度鋼，其特征在于，焊接時(shí)電弧焊槍3在先施焊，激光噴嘴2隨后施焊，焊接參數(shù)如下，電弧焊接電流140～180A、電壓23～25V，電弧焊槍3與工件1表面夾角θ為60～65°，激光功率3～5kW，焊接速率v為1～3m/min，光絲間距h在1～3mm范圍內(nèi)確定。