[發明專利]一種雙金屬穿透激光焊復層組織F/A比例同步調控方法

有效

• 申請號: 202010097800.5
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111230306B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 張建勛;張小凡;茍寧年;楊壽康;牛靖;白嘉瑜
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/70
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

一種雙金屬穿透激光焊復層組織F/A比例同步調控方法，采用激光焊接工藝對待焊層狀雙金屬工件進行穿透焊接；在待焊層狀雙金屬工件激光焊接過程中，在激光束后方施加輔助熱源，通過輔助熱源的熱作用實現激光焊縫組織的同步優化。本發明在對層狀雙金屬材料激光焊接過程中，在激光束后方施加輔助熱源，通過熱源的再加熱作用，改變焊接過程中的熱循環，使焊縫復層DSS組織在奧氏體轉化溫度區間停留更多時間，從而提高奧氏體含量，對焊縫雙相鋼側進行同步組織優化，使因奧氏體含量下降而失衡的組織重新接近于1：1的平衡比例。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，具體涉及一種雙金屬穿透激光焊復層組織F/A比例同步調控方法。

背景技術

層狀雙金屬復合材料以成本低廉的碳鋼作為基層，以耐蝕性能良好的不銹鋼等耐腐蝕材料作為復層，兼得滿足要求的力學性能與耐腐蝕性能，與不銹鋼、鎳合金等純耐蝕合金鋼相比，大大降低了在工業生產、運輸過程中抗腐蝕的成本，在許多領域得到廣泛應用。

雙相不銹鋼具有鐵素體(F)+奧氏體(A)的雙相組織結構，F/A比例接近1∶1，性能上結合了奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點，具有優于鐵素體不銹鋼的韌性和優于奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞性能。以雙相不銹鋼DSS2205為例，其在中性氯化物和H₂S溶液中具有優于304L和306L奧氏體不銹鋼以及18-5Mo型不銹鋼的耐腐蝕性能；屈服強度約為標準奧氏體不銹鋼的2倍，線性膨脹系數低于奧氏體不銹鋼，與碳鋼相近，被應用于油氣輸送管道中所使用的純金屬管道或雙金屬復合管道。

以雙相不銹鋼作為復層的層狀雙金屬復合材料，以X65/DSS2205雙金屬復合板為例，其基層X65管線鋼與復層雙相不銹鋼DSS2205在化學成分、熱導率、熔點和力學性能等方面都有較大差異，在焊接中存在復層合金元素稀釋、碳元素遷移、裂紋、HAZ兩相比例失衡等問題，尤其是使用激光穿透焊方法對雙金屬材料進行焊接的過程中，由于過快的冷卻速度，雙金屬穿透激光焊接接頭復層雙相不銹鋼焊縫奧氏體(A)含量較母材急劇降低，F/A兩相比例嚴重失衡。

雙相不銹鋼優良的耐腐蝕性能很大程度上取決于其具有的大量合金元素和平衡組織的成分組織特點，以DSS2205為例，根據ASTM標準和使用要求，其焊接接頭焊縫區和熱影響區的鐵素體含量應該控制在35％-65％的范圍內，如果接頭焊縫區和熱影響區中的鐵素體含量和奧氏體含量比率為1:1左右則為最佳，兩相比例失衡將導致其耐腐蝕性能，尤其是耐點蝕性能急劇降低，從而影響其服役性能。

因此，從提高雙金屬穿透激光焊接接頭耐腐蝕性能的角度出發，開發一種雙金屬穿透激光焊復層組織F/A比例同步調控方法是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙金屬穿透激光焊復層組織F/A比例同步調控方法，以解決雙金屬材料穿透激光焊焊縫復層雙相不銹鋼(DSS)鐵素體(F)、奧氏體(A)比例失衡導致的接頭耐腐蝕性能下降的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種雙金屬穿透激光焊復層組織F/A比例同步調控方法，采用激光焊接工藝對待焊層狀雙金屬工件進行穿透焊接；在待焊層狀雙金屬工件激光焊接過程中，在激光束后方施加輔助熱源，通過輔助熱源的熱作用實現激光焊縫組織的同步優化。

本發明進一步的改進在于，通過串聯MIG焊或TIG焊實現輔助熱源的施加。

本發明進一步的改進在于，通過調節輔助熱源熱輸入以及輔助熱源與激光束的間距使奧氏體的體積含量為35-65％。

本發明進一步的改進在于，對于DSS2205/X65層狀雙金屬復合材料，輔助熱源的熱輸入范圍為1.34～1.51kJ/cm。

本發明進一步的改進在于，輔助熱源與激光束的間距范圍為20～40mm。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：