專利名稱：提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法，能夠提高焊接質量，如提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度和韌性，首先對待焊件的待焊端面進行激光熔凝預處理，激光熔凝預處理區內的晶粒尺寸得到明顯的減小，晶粒得以細化，之后采用激光-電弧復合熱源進行焊接，復合焊接頭的熔合線位于激光熔凝預處理區內，該方法屬于超高強度鋼焊接技術領域。
背景技術：
在采用常規MAG/MIG焊接工藝焊接大厚度超高強度鋼板的過程中，由于熱量輸入大，焊縫熱影響區大，熱影響區晶粒粗大，因此，焊接接頭的強度和韌性下降。在采用激光-電弧復合焊接工藝焊接大厚度超高強度鋼板的過程中，焊接熱影響區晶粒嚴重長大；另外，由于激光的加入使兩個待焊接工件連接處局部經受高溫，由于熱量沿焊縫熔深方向 分布不均，導致形成的焊接接頭與母材在組織結構和力學行為上同樣存在非常大的差異，直接影響到焊接接頭的抗斷裂行為、能力及服役可靠性，這些也都與焊接接頭的強度和韌性直接相關。

發明內容
為了提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭的強度和韌性，充分發揮激光-電弧復合焊焊接速率高、焊接能量輸入小、焊接變形小等優點，我們發明了一種提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法。本發明之提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法其特征在于，先采用預處理激光I熔凝預處理兩個待焊工件2的擬連接面3，形成激光熔凝預處理區4，如圖I所示，預處理激光I功率2 3 kff,掃描速率V1為I. 5^2. 5 m/min,掃描搭接率為25 35% ;然后將經過熔凝預處理的兩個待焊工件2的擬連接面3對接，再采用激光-電弧復合焊焊接，見圖2所示。本發明之方法其技術效果在于，經過冷凝預處理后形成的激光熔凝預處理區晶粒尺寸得到明顯的細化，晶粒的細化意味著晶界增多，焊接熱量的傳導受到更大的阻礙，在相同的外部散熱和焊接熱輸入條件下，焊接熱影響區明顯減小，焊接熱量損失也明顯減小，熔池在高溫停留時間變長，熔池的冷卻速率變慢，熔池的溫度梯度減小，這些變化有利于焊接接頭微觀組織的均勻化，強度提高，韌性增強，抗斷裂行為、能力及服役可靠性得到改善。之后采用激光-電弧復合焊焊接，由于激光-電弧復合焊電弧在先、激光在后，激光穩定電弧的作用得以發揮，使得復合焊過程穩定，焊接速度得以提高，輸入的熱量減小，因此，激光熔凝預處理區的晶粒不會在這一焊接過程中明顯長大，保持超高強度鋼焊接工件焊接接頭已有的強度和韌性。


圖I是本發明之方法采用預處理激光熔凝預處理兩個待焊工件的擬連接面形成激光熔凝預處理區過程示意圖。圖2是本發明之方法采用激光-電弧復合焊焊接兩個對接的經過冷凝預處理的超高強度鋼鋼板過程示意圖，該圖同時作為摘要附圖。
具體實施例方式本發明之提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法的具體實施方式
如下。先采用預處理激光I熔凝預處理兩個待焊工件2的擬連接面3，形成激光熔凝預處理區4，如圖I所示。所述待焊工件2為超高強度鋼，厚度8 mm，抗拉強度600 MPa。預處理激光I來自Nd = YAG激光器，激光器最大輸出功率4kW，輸出波長I. 06 μ m，輸出連續波激光，采用焦距為175的聚焦鏡，離焦量-3 mm。預處理激光I功率2 3 kW，掃描速率V1為
I.5^2. 5 m/min，掃描搭接率為25 35 %，所謂掃描搭接率是指被冷凝預處理的待焊工件2在平移的過程中沿與平移方向垂直的方向以掃描速率V1往復移動，預處理激光I接近和離開往復轉折點形成的重疊路徑在一個來回掃描路徑中所占百分比。然后將經過熔凝預處理的兩個待焊工件2的擬連接面3對接，焊縫間隙O. 5 mm，再采用激光-電弧復合焊焊接，見圖 2所示。電弧焊槍5在前先施焊。電弧采用MIG電弧或者MAG電弧，來自微電腦焊接波形控制脈沖MIG/MAG焊機，配套送絲機，使用直徑I. 2 mm不銹鋼焊絲6。電弧電流18(Γ240 A、電弧電壓25 28V，電弧焊槍5與待焊工件2表面的夾角Θ為6(Γ70°，電弧焊保護氣體為20%C02+80%Ar,氣體流量為16L/min。焊接激光7隨后施焊。焊接激光7來自CO2激光器，激光器最大輸出功率8 kW，輸出波長10.6 μ m，輸出連續波激光，采用焦距為350的聚焦鏡，離焦量-I mm。焊接激光7功率5 8 kff,焊接速率V2為f 2 m/min,焊接激光7與焊絲6的間距d在Γ4 mm范圍內確定。激光焊同軸保護氣體為30%He+70%Ar，氣體流量為25L/min。下面舉例說明本發明之方法。先采用預處理激光I熔凝預處理兩個待焊工件2的擬連接面3，形成激光熔凝預處理區4，如圖I所示。所述待焊工件2為超高強度鋼，厚度8 mm，抗拉強度600 MPa。預處理激光I來自Nd: YAG激光器，激光器最大輸出功率4kW，輸出波長I. 06 μ m，輸出連續波激光，采用焦距為175的聚焦鏡，離焦量_3 mm。預處理激光I功率2. 5 kW，掃描速率力為2 m/min，掃描搭接率為30 %。然后將經過熔凝預處理的兩個待焊工件2的擬連接面3對接，焊縫間隙O. 5 mm，再采用激光-電弧復合焊焊接，見圖2所示。電弧焊槍5在前先施焊。電弧采用MIG電弧，來自微電腦焊接波形控制脈沖MIG/MAG焊機，配套送絲機，使用直徑I. 2 mm不銹鋼焊絲6。電弧電流200 A、電弧電壓27V，電弧焊槍5與待焊工件2表面的夾角Θ為65°，電弧焊保護氣體為20%C02+80%Ar，氣體流量為16L/min。焊接激光7隨后施焊。焊接激光7來自CO2激光器，激光器最大輸出功率8 kW，輸出波長10. 6 μ m，輸出連續波激光，采用焦距為350的聚焦鏡，離焦量-I mm。焊接激光7功率5 kW，焊接速率V2為I. 5 m/min，焊接激光7與焊絲6的間距d為3 mm。激光焊同軸保護氣體為30%He+70%Ar，氣體流量為25L/min。按照上述工藝焊接，焊接熔合線8位于激光熔凝預處理區4內，所得到的焊接接頭表面和斷面均無裂紋，焊接接頭抗拉強度為1260 MPa,彎曲總能量達到46 N/m,而現有技術直接采用電弧-激光復合焊得到的焊接接頭的抗拉強度只有1080 MPa，彎曲總能量也只有35 N/m。
權利要求
1.一種提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法，其特征在于，先采用預處理激光(I)熔凝預處理兩個待焊エ件(2)的擬連接面(3)，形成激光熔凝預處理區(4)，預處理激光(I)功率2 3 kW，掃描速率V1為I. 5^2. 5 m/min，掃描搭接率為25 35 % ;然后將經過熔凝預處理的兩個待焊エ件(2)的擬連接面(3)對接，再采用激光-電弧復合焊焊接。
2.根據權利要求I所述的提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法，其特征在于，所述待焊エ件(2)為超高強度鋼，厚度8 mm，抗拉強度600 MPa。
全文摘要
提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法屬于超高強度鋼焊接技術領域。現有技術焊接接頭強度低、韌性差。本發明之提高超高強度鋼激光-電弧復合焊接頭強度韌性的方法其特征在于，先采用預處理激光熔凝預處理兩個待焊工件的擬連接面，形成激光熔凝預處理區，預處理激光功率2～3kW，掃描速率v1為1.5～2.5m/min，掃描搭接率為25～35%；然后將經過熔凝預處理的兩個待焊工件的擬連接面對接，再采用激光-電弧復合焊焊接。用于大厚度超高強度鋼板的對接焊接，能夠提高焊接接頭的強度、改善焊接接頭的韌性。
文檔編號B23K28/02GK102848086SQ20121031293
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者劉雙宇, 張宏, 石巖, 劉鳳德, 徐春鷹, 劉佳 申請人:長春理工大學