[發明專利]一種316LN和GH4169異種材料厚板的激光窄間隙焊接方法

有效

• 申請號: 202010174424.5
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111299834B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 信紀軍;戴文華;方超;黃菁;衛靖
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B23K26/26
• 分類號: B23K26/26;B23K33/00;B23K26/60;B23K103/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明公開了一種316LN和GH4169異種材料厚板的激光窄間隙焊接方法，屬于激光焊接技術領域。該方法適用于奧氏體不銹鋼和高溫合金之間的可靠連接。本發明的焊接方法主要是在采用激光窄間隙焊的基礎上，將窄間隙的坡口型式設為非對稱結構，同時采用激光束偏置或掃描激光束的方式來對焊接過程中熔池的熱輸入進行控制，而且可以有效的抑制氣孔、未熔合、裂紋以及成形不良等焊接缺陷的產生。

技術領域

本發明涉及激光焊接技術領域，具體為一種316LN不銹鋼和GH4169高溫合金異種材料厚板的激光窄間隙焊接方法。

背景技術

316LN奧氏體不銹鋼由于其在低溫條件下，具有較高的強度和韌性、良好的塑性和抗腐蝕性能，以及固溶處理后的全奧氏體組織使其完全沒有磁性。因此，被廣泛應用于核聚變實驗堆磁體線圈盒的制造，聚變堆磁體線圈盒是為了保護超導線圈在服役情況下抵制復雜強電磁力的作用而設計制造的。316LN奧氏體不銹鋼其4.2K的屈服強度為800MPa～1000MPa，可以滿足目前國際熱核聚變實驗堆對材料性能的要求。然而隨著聚變堆規模以及運行參數的不斷提升，將產生更大的等離子電流密度、更高的磁場強度及需要更強的磁場約束力，勢必將造成大型超導磁體在高磁場、高應力、多場耦合的惡劣條件下運行，因此，需要更高性能指標的材料做支撐(屈服強度1100MPa)。GH4169高溫合金在低溫條件下具有更高的屈服強度并保留著一定的韌性，為未來聚變堆結構件潛在的應用材料。對于未來聚變堆超導磁體用線圈盒的制造，為了降低制造成本，其受力較大的部位將采用強度較高的GH4169高溫合金，其余部位均采用316LN奧氏體不銹鋼。針對316LN奧氏體不銹鋼和GH4169高溫合金的異種材料的焊接目前大多數采用弧焊的方法，然而弧焊較大的熱輸入量勢必會帶來較大的焊接變形。與傳統的弧焊方法相比，激光焊具有高能量密度、較大穿透能力、較小熱輸入量等優點，且其焊接速度快、接頭質量高以及焊接變形也較小。但是由于受激光器最大輸出功率、激光束的質量以及焊縫成形較難等影響，激光自熔焊在厚板焊接中受到了一定的限制。激光填絲焊接是降低厚板激光焊接對激光功率過度依賴問題的有效途徑，通過多層多道的方法逐步實現中厚板的焊接，并可以有效的改善熔池冶金，提高接頭質量。但是現有技術采用激光自熔焊工藝焊接厚板奧氏體不銹鋼和高溫合金時焊縫成形較難，并且受制于激光功率限制。

發明內容

為了解決在采用激光深熔焊工藝焊接厚板奧氏體不銹鋼和高溫合金時焊縫成形較難以及受制于激光功率限制等問題，通過設計窄間隙坡口結構型式，調節激光填絲焊接工藝參數，控制送絲量，使焊接工藝適應每層的坡口深度以及坡口寬度，使得每層焊縫成形良好，從而逐層實現奧氏體不銹鋼和高溫合金異種材料厚板的有效連接。本發明提供一種316LN和GH4169異種材料厚板的激光窄間隙焊接方法，主要適用于奧氏體不銹鋼和高溫合金異種材料厚板的激光分層填絲焊接過程。

本發明的技術方案如下：一種316LN和GH4169異種材料厚板的激光窄間隙焊接方法，適用于10～30mm厚奧氏體不銹鋼316LN和GH4169異種材料厚板的激光分層填絲焊接過程，采用的窄間隙坡口為非對稱結構型式，且施焊過程中激光束偏置，或利用激光掃描方式控制熱輸入量以及焊接缺陷的產生；所述的窄間隙坡口范圍為3～5mm。

進一步的，窄間隙坡口兩邊非對稱設計，即兩邊鈍邊的寬度不同，且激光束偏置于奧氏體不銹鋼一側。

進一步的，采用振鏡聚焦系統使激光束在坡口內擺動，結合激光束掃描路徑對熔池的熱輸入量進行控制，所述的激光束掃描路徑為圓形、矩形或三角形路徑，防止氣孔、側壁未熔合以及焊縫和高溫合金側熱裂紋焊接缺陷的產生。