[發(fā)明專利]一種船用寬薄板激光-MAG電弧復(fù)合焊接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110556617.1
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113333957B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 靳星;吳俊平;徐椿森;王道遠(yuǎn);張朋彥;楊玲
• 申請（專利權(quán)）人: 南京鋼鐵股份有限公司;安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/60;B23K26/70
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭

本發(fā)明公開了一種船用寬薄板激光?MAG電弧復(fù)合焊接方法，其特征在于包括如下步驟：準(zhǔn)備鋼板、準(zhǔn)備焊材、將具有半圓形凹槽的銅板對準(zhǔn)焊縫背面中心緊貼鋼板背面、焊接前向凹槽中通入純氬氣保護焊縫背面、采用激光?電弧復(fù)合焊接，不開坡口、不留間隙、單道次單面焊雙面成形。本發(fā)明能夠提高熱影響區(qū)的強度，改善焊接接頭的力學(xué)性能，實現(xiàn)高效率焊接的同時，保證較好的焊接接頭質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于特種焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光-電弧復(fù)合焊接方法。

背景技術(shù)

激光-電弧復(fù)合焊接結(jié)合了激光焊接和電弧焊接的優(yōu)勢，它將激光和電弧兩種能量傳輸機制截然不同的熱源復(fù)合在一起，作用于同一個熔池，形成了一種高效的熱源，使得熔深增加、焊接速度增大、焊接效率高，焊接變形減小，通過單道焊就可以實現(xiàn)中厚板的完全焊透，在汽車、機械、造船、石油化工、航空和航天、核電等國民經(jīng)濟的重要領(lǐng)域開始得到廣泛的應(yīng)用和推廣。

目前，在船用結(jié)構(gòu)件的寬薄板焊接過程中，尤其是大型郵輪上層建筑需要使用大量厚度4-6mm、寬度2400-3000mm的寬薄規(guī)格鋼板。為保證焊接質(zhì)量，應(yīng)用激光-電弧復(fù)合焊接已經(jīng)成為必要實行的工藝技術(shù)，應(yīng)用這種技術(shù)，可以不用在鋼板上加工坡口，鋼板組對可以不留間隙，可實現(xiàn)單面焊雙面成形，大幅度降低施工難度，提高效率。這類寬薄板的傳統(tǒng)焊接方法是采用熔化極惰性氣體保護焊(MAG)方法，需要填充大量的焊絲，并且需要較慢的焊接速度，因此，焊接熱輸入很大，導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)的寬度較大，且熱影響區(qū)組織較為粗大，產(chǎn)生了明顯的熱影響區(qū)軟化現(xiàn)象，其抗拉強度相較于母材會降低1/3左右。而目前實行的激光-電弧復(fù)合焊接方法，由于激光焊接而提高了能量密度，焊接速度相較于電弧焊有所提高，但是仍然存在較為明顯的焊接熱影響區(qū)軟化現(xiàn)象。

國內(nèi)外學(xué)者對這類鋼板的焊接技術(shù)展開了大量的研究工作，包括焊接工藝和焊接性，研究的側(cè)重點在于焊接工藝參數(shù)對于組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)采用激光-電弧復(fù)合焊接的方法造成熱影響區(qū)的軟化，主要是由于在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)形成了粗大的馬氏體組織，從而會導(dǎo)致強度和硬度明顯降低，使焊后斷裂發(fā)生在這一部位。王金鳳采用激光器對1.5mm厚鋼板進行焊接試驗，發(fā)現(xiàn)軟化區(qū)的寬度在1.2～2.0mm之間，顯微硬度較母材下降20%，熱影響區(qū)形成的馬氏體平均尺寸為70μm，拉伸試驗斷裂也發(fā)生在該軟化區(qū)；Narasimhan采用CO2激光器進行了鋼板的激光拼焊，發(fā)現(xiàn)軟化區(qū)寬度在2～4mm?之間，顯微硬度較母材下降22%，熱影響區(qū)形成的馬氏體平均尺寸為80μm，拉伸試驗和成形試驗中斷裂均發(fā)生在該軟化區(qū)。因此，若能夠減小軟化區(qū)尺寸和控制熱影響區(qū)形成極細(xì)小的馬氏體組織，可以有效提高焊接接頭的強度，減少裂紋產(chǎn)生及開裂的幾率。

軟化區(qū)尺寸和熱影響區(qū)形成的馬氏體組織尺寸，均與焊接過程的散熱速度有關(guān)。現(xiàn)行的激光-電弧復(fù)合焊接的焊縫熱量傳導(dǎo)均依靠的是空氣傳播，是利用空氣的自然散熱的途徑來散發(fā)熱量，熱量散發(fā)的速度較慢，造成了軟化區(qū)尺寸較大、熱影響區(qū)形成的馬氏體組織較為粗大。若能夠采取外加措施來加快熱量的散發(fā)速度，則會明顯減小軟化區(qū)的尺寸，同時能夠細(xì)化馬氏體晶粒尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

為解決激光-電弧復(fù)合焊接寬薄板的軟化區(qū)寬度較大以及熱影響區(qū)中馬氏體組織的粗大問題，本發(fā)明提供一種船用寬薄板激光-MAG電弧復(fù)合焊接方法，其特征在于包括如下步驟：

準(zhǔn)備鋼板：鋼板厚度4～6mm，寬度2400～3000mm，鋼板各元素質(zhì)量百分比含量為：C：0.08～0.17%，Si：0.15-0.30%，Mn：1.1～1.7%，Nb：0.01～0.03%，Ti：0.01～0.02%，Al：0.03～0.05%，余量為Fe；鋼板為鐵素體、珠光體組織；

準(zhǔn)備焊材：焊絲直徑為1?.2mm，焊絲各元素質(zhì)量百分比含量為：C：0.06～0.18%，Si：0.7-1.2%，Mn：1.5～1.9%，Cu：0.2～0.6%，余量為Fe；

將具有半圓形凹槽的銅板對準(zhǔn)焊縫背面中心緊貼鋼板背面；

焊接前向凹槽中通入純氬氣保護焊縫背面；