[發明專利]一種高硅鋼激光焊接方法

有效

• 申請號: 201610519954.2
• 申請日: 2016-07-05
• 公開（公告）號: CN106041305B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 葉豐;梁永鋒;石祥聚;林均品;溫識博;劉斌斌
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及一種脆性高硅鋼板材的激光焊接技術

技術背景

高硅鋼一般指含硅量超過3.5％(重量比，下同)的硅鋼。與普通硅鋼(含硅量≤3.5％)相比，高硅鋼，特別是含硅6.5％的高硅鋼具有較高的電阻率和磁導率、較低的矯頑力、接近于零的磁致伸縮系數等特點，因而具有較低的鐵損，對降低能耗、減小噪音具有重要意義。

高硅鋼一般制備成薄板，加工成變壓器、電動機等的鐵芯。板材在制備過程中，一般需帶張力軋制，形成連續板帶材生產。這就需要在制備加工過程中將板材焊接起來進行連續軋制。激光焊接技術已廣泛應用在工業生產中，激光焊接質量高，焊接速度快、效率高，無接觸，熱影響區小，深寬比大，焊接美觀，可自動化操作，因此適于鋼鐵板材的焊接。

首先由于硅含量的提高，碳當量升高，高硅鋼的可焊接性差，室溫塑性非常低，特別是含硅6.5％的高硅鋼，室溫塑性幾乎為零，熱導率低，利用傳統的激光焊接方法，焊縫容易產生裂紋；其次室溫焊接時，激光焊接產生很高的峰值溫度和溫度梯度，同時使母材汽化，容易生成能夠吸收和散射激光的等離子體云，所以單熱源激光焊接能量轉換效率和利用率低，焊接過程不穩定，焊接接口容易錯位，產生氣孔、焊縫凹陷，并且激光焊接的冷卻速度較快，溫度梯度大，焊接熱應力較大。這兩方面都加重脆性高硅鋼的大量裂紋和焊漏等缺陷的產生。最終導致焊縫的機械性能顯著下降，不能滿足硅鋼的帶張力軋制要求。

把激光與其他輔助熱源(如高頻感應或電阻預熱)共同作用于工件，控制焊縫處的升溫和冷卻速度，可以改變功率密度在時間和空間上的分布，改善影響區域的母材溫度分布，減少或消除等離子云，提高工件對激光的吸收率，增大焊接熔深，改善焊縫及熱影響區的組織和應力狀態，提高焊縫的力學性能。

發明內容

針對上述激光焊接的不足，探索一種適合于脆性高硅鋼板材的復合激光焊接方法。

一種高硅鋼激光焊接方法，其特征在于利用激光焊接與輔助加熱技術相結合，采用雙面及單面焊接，焊接前加熱預熱，焊接時保溫，焊接后保溫然后緩冷，利用紅外測溫裝置，實時測控溫度，控制焊縫處的升溫和冷卻速度，平緩焊縫區域冷卻過程中的溫度梯度，減少焊接應力，減少或消除等離子云，提高工件對激光的吸收率，提高焊接成材率和焊縫的力學性能，避免產生焊接缺陷及裂紋；滿足高硅鋼薄帶軋制制備過程中帶張力軋制的快速焊接。所用硅鋼Fe含量為93～96.5％，Si含量為3.5～7％，均為質量比，厚度0.1～3.5㎜。該方法不僅適用于高硅鋼與高硅鋼，同時也適用于高硅鋼與低硅鋼、高硅鋼與低碳鋼、高硅鋼與不銹鋼等異種材料(即引帶)焊接。

本發明提供了一種先進的高硅鋼板材激光焊接方法，該方法主要是激光焊接與輔助熱源相結合的技術，采用雙面或單面焊接，能夠在激光焊接之前對焊接工件進行預熱，焊接時保溫，在激光焊接之后緩冷。

單面焊接指的是，工件預熱后，選擇合適的功率，直接一次焊接成形；雙面焊接指的是，工件預熱后，首先用單面焊接功率的40％～70％，進行焊接，再用單面焊接功率的40％～70％，焊接工件的另一面，其他焊接工藝參數與單面焊接基本一致。

上述高硅鋼激光焊接方法，具體的工藝流程：

1).原料準備，Si含量為3.5～7％，均為質量比，其余為鐵和雜質元素；冶煉，澆鑄；鍛造或開坯成板坯；熱軋到1～3.5㎜；溫軋到0.3～1㎜；冷軋到0.1～0.3㎜。

2).對溫軋板和熱軋板做平整，焊接端部進行切、磨，酸洗；冷軋板端口切、磨。

3).用夾具將高硅鋼端口壓平，對齊，夾緊。

4).焊接前預熱夾具及高硅鋼(75～350℃)，厚度較厚板材可以適當提高預熱溫度。

5).進行激光焊接，加熱持續保溫。

6).焊后保溫1～5min，緩慢降低感應功率，溫度逐漸降至室溫。

雙面焊接特征是：相同厚度的板材，相比單面焊接，雙面焊接焊縫區域溫度梯度更平緩，焊接組織更均勻，焊接應力更小，焊縫熱影響區更小，尤其是較薄的高硅鋼板(0.1～0.5mm)和較厚的高硅鋼板(1.3～3.5㎜)，優點更加突出。因此雙面焊接適用的高硅鋼厚度范圍為0.1～3.5㎜，只有當高硅鋼板厚度為0.5～1.3㎜時，才可以采用單面焊接，一次成形。