[發(fā)明專利]納米貝氏體鋼的再納米化焊接裝置及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210096057.7
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102601502A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊建國;方坤;方洪淵;劉雪松;董志波;王濤;馬子奇;閆忠杰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K9/23
• 分類號: B23K9/23;B23K9/235;B23K9/32
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種貝氏體鋼焊接裝置及方法，具體涉及一種納米貝氏體鋼的再納米化焊接裝置及方法，屬于高強(qiáng)鋼焊接領(lǐng)域。

背景技術(shù)

納米貝氏體鋼是目前存在的擁有最高強(qiáng)度級別的新一代鋼種，其極限拉伸強(qiáng)度可達(dá)2.5GPa，屈服強(qiáng)度達(dá)1.7GPa，硬度為600～700HV，斷裂韌性為30～40MPam^1/2，延伸率達(dá)30％左右。這種鋼的含碳量在0.78％左右，并且含有一定含量的硅元素以抑制碳化物的析出，是在稍高于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(材料制備保溫溫度)等溫轉(zhuǎn)變數(shù)天(材料制備所需時間)而獲得，微觀組織為無碳化物析出的納米片狀貝氏體和殘留的固溶大量碳元素的納米片狀奧氏體(納米貝氏體組織)。由于碳當(dāng)量很高，這種鋼的焊接性極差，焊接接頭的性能與母材相比嚴(yán)重惡化，其常規(guī)焊焊縫和熱影響區(qū)組織極易轉(zhuǎn)變?yōu)橛泊嗟鸟R氏體組織，從而引發(fā)冷裂紋的產(chǎn)生。目前國際上對這種鋼的焊接問題還罕有研究，1500MPa級以上的納米貝氏體鋼的焊接更是未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決常規(guī)焊焊縫和熱影響區(qū)組織極易轉(zhuǎn)變?yōu)橛泊嗟鸟R氏體組織，從而引發(fā)冷裂紋的問題，進(jìn)而提供一種納米貝氏體鋼的再納米化焊接裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案一是：納米貝氏體鋼的再納米化焊接裝置包括組合焊接工作平臺、下位機(jī)、上位機(jī)、多個前溫度傳感器、多個后溫度傳感器、兩組紅外線電加熱片、多個冷卻器和兩個卡具；

工件的兩側(cè)各采用一個夾具裝夾在焊接工作平臺上，工件焊縫的兩側(cè)各布置有一組紅外線電加熱片，兩組紅外線電加熱片沿焊縫中心線對稱布置，每組紅外線電加熱片包括多個電加熱片個體，多個電加熱片個體沿焊縫中心線方向排布，相鄰的兩個電加熱片個體首尾相連，每個電加熱片個體靠近焊縫的側(cè)面的前端安裝有一個前溫度傳感器，每個電加熱片個體靠近焊縫的側(cè)面的后端安裝有一個后溫度傳感器，每個電加熱片個體上方靠近焊縫的一側(cè)安裝有一個冷卻器，每個前溫度傳感器、每個后溫度傳感器和每個冷卻器均通過信號線與下位機(jī)連接，下位機(jī)與上位機(jī)之間通過信號線連接。

本發(fā)明的技術(shù)方案二是：納米貝氏體鋼的再納米化焊接方法，該方法的具體步驟為：

步驟a：根據(jù)選擇焊接材料對應(yīng)的焊接CCT圖，確定對應(yīng)的奧氏體轉(zhuǎn)變溫度Ac₁，貝氏體轉(zhuǎn)變溫度Bs，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms和不產(chǎn)生珠光體P的臨界冷卻速度v；

步驟b：根據(jù)焊接工藝參數(shù)，測定對應(yīng)的焊接溫度場，確定其準(zhǔn)穩(wěn)定溫度場下焊縫中心線上電弧中心峰值溫度點(diǎn)O與熔池后方貝氏體轉(zhuǎn)變溫度Bs點(diǎn)之間距離為L1；焊縫中心線上電弧中心峰值溫度點(diǎn)O與熔池后方馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)之間的距離為L2，設(shè)定過電弧中心峰值溫度點(diǎn)O的焊縫中心線的法線與Ac₁等溫線的交點(diǎn)為Q，電弧中心峰值溫度點(diǎn)O到交點(diǎn)Q之間的直線距離為L3，電加熱片個體的長度選擇為L2-L1，電加熱片個體內(nèi)側(cè)距焊縫中心線的垂直距離為L3；

步驟c：根據(jù)不產(chǎn)生珠光體的臨界冷卻速度v和焊接熱輸入確定冷卻器的功率，保證焊后的焊縫快速冷卻到貝氏體相變溫度區(qū)間；

步驟d：通過前溫度傳感器和后溫度傳感器反饋的溫度場信息適時調(diào)節(jié)兩組紅外線電加熱片的開關(guān)，使焊接之后的焊縫和淬火區(qū)在預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行保溫，焊接開始前，打開兩組紅外線電加熱片開關(guān)對焊縫進(jìn)行預(yù)熱到200℃，然后全部關(guān)閉；焊接開始后，當(dāng)前溫度傳感器監(jiān)測到焊縫溫度開始下降時，下位機(jī)發(fā)出指令使冷卻器開始工作，對工件進(jìn)行冷卻，當(dāng)后溫度傳感器監(jiān)測的焊縫及熱影響區(qū)溫度低于Ms+20℃時，下位機(jī)發(fā)出指令使冷卻器停止工作，同時使紅外線電加熱片開始加熱，當(dāng)前溫度傳感器監(jiān)測到焊縫及熱影響區(qū)溫度超過Bs-20℃時，下位機(jī)發(fā)出指令使紅外線電加熱片停止工作，如此往復(fù)，當(dāng)整個焊縫及熱影響區(qū)均處于Bs-20℃到Ms+20℃之間后，將整個焊接件放入保溫爐進(jìn)行保溫，保溫溫度為材料制備溫度，保溫時間為材料制備所需時間，最終使焊接接頭的組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米貝氏體組織。

本技術(shù)方案中的焊接方法是基于技術(shù)方案一中所述的納米貝氏體鋼的再納米化焊接裝置實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：采用本發(fā)明的焊接裝置及方法實(shí)現(xiàn)了納米貝氏體鋼，特別是1500MPa級以上的納米貝氏體鋼優(yōu)質(zhì)焊接，使納米貝氏體鋼經(jīng)焊接熔化或者高溫奧氏體化后的組織再次轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米貝氏體，不僅能夠控制焊接冷裂紋的產(chǎn)生，而且能夠保證焊接之后的焊縫和淬火區(qū)組織與母材一致，保證了焊接接頭的性能，也充分發(fā)揮了納米貝氏體材料優(yōu)良的力學(xué)性能，拓寬了材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

附圖說明