专利名称：提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法，能够提高焊接质量，如提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度和韧性，首先对待焊件的待焊端面进行激光熔凝预处理，激光熔凝预处理区内的晶粒尺寸得到明显的减小，晶粒得以细化，之后采用激光-电弧复合热源进行焊接，复合焊接头的熔合线位于激光熔凝预处理区内，该方法属于超高强度钢焊接技术领域。
背景技术：
在采用常规MAG/MIG焊接工艺焊接大厚度超高强度钢板的过程中，由于热量输入大，焊缝热影响区大，热影响区晶粒粗大，因此，焊接接头的强度和韧性下降。在采用激光-电弧复合焊接工艺焊接大厚度超高强度钢板的过程中，焊接热影响区晶粒严重长大；另外，由于激光的加入使两个待焊接工件连接处局部经受高温，由于热量沿焊缝熔深方向 分布不均，导致形成的焊接接头与母材在组织结构和力学行为上同样存在非常大的差异，直接影响到焊接接头的抗断裂行为、能力及服役可靠性，这些也都与焊接接头的强度和韧性直接相关。
发明内容
为了提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头的强度和韧性，充分发挥激光-电弧复合焊焊接速率高、焊接能量输入小、焊接变形小等优点，我们发明了一种提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法。本发明之提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法其特征在于，先采用预处理激光I熔凝预处理两个待焊工件2的拟连接面3，形成激光熔凝预处理区4，如图I所示，预处理激光I功率2 3 kff,扫描速率V1为I. 5^2. 5 m/min,扫描搭接率为25 35% ;然后将经过熔凝预处理的两个待焊工件2的拟连接面3对接，再采用激光-电弧复合焊焊接，见图2所示。本发明之方法其技术效果在于，经过冷凝预处理后形成的激光熔凝预处理区晶粒尺寸得到明显的细化，晶粒的细化意味着晶界增多，焊接热量的传导受到更大的阻碍，在相同的外部散热和焊接热输入条件下，焊接热影响区明显减小，焊接热量损失也明显减小，熔池在高温停留时间变长，熔池的冷却速率变慢，熔池的温度梯度减小，这些变化有利于焊接接头微观组织的均匀化，强度提高，韧性增强，抗断裂行为、能力及服役可靠性得到改善。之后采用激光-电弧复合焊焊接，由于激光-电弧复合焊电弧在先、激光在后，激光稳定电弧的作用得以发挥，使得复合焊过程稳定，焊接速度得以提高，输入的热量减小，因此，激光熔凝预处理区的晶粒不会在这一焊接过程中明显长大，保持超高强度钢焊接工件焊接接头已有的强度和韧性。
图I是本发明之方法采用预处理激光熔凝预处理两个待焊工件的拟连接面形成激光熔凝预处理区过程示意图。图2是本发明之方法采用激光-电弧复合焊焊接两个对接的经过冷凝预处理的超高强度钢钢板过程示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施例方式本发明之提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法的具体实施方式
如下。先采用预处理激光I熔凝预处理两个待焊工件2的拟连接面3，形成激光熔凝预处理区4，如图I所示。所述待焊工件2为超高强度钢，厚度8 mm，抗拉强度600 MPa。预处理激光I来自Nd = YAG激光器，激光器最大输出功率4kW，输出波长I. 06 μ m，输出连续波激光，采用焦距为175的聚焦镜，离焦量-3 mm。预处理激光I功率2 3 kW，扫描速率V1为
I.5^2. 5 m/min，扫描搭接率为25 35 %，所谓扫描搭接率是指被冷凝预处理的待焊工件2在平移的过程中沿与平移方向垂直的方向以扫描速率V1往复移动，预处理激光I接近和离开往复转折点形成的重叠路径在一个来回扫描路径中所占百分比。然后将经过熔凝预处理的两个待焊工件2的拟连接面3对接，焊缝间隙O. 5 mm，再采用激光-电弧复合焊焊接，见图 2所示。电弧焊枪5在前先施焊。电弧采用MIG电弧或者MAG电弧，来自微电脑焊接波形控制脉冲MIG/MAG焊机，配套送丝机，使用直径I. 2 mm不锈钢焊丝6。电弧电流18(Γ240 A、电弧电压25 28V，电弧焊枪5与待焊工件2表面的夹角Θ为6(Γ70°，电弧焊保护气体为20%C02+80%Ar,气体流量为16L/min。焊接激光7随后施焊。焊接激光7来自CO2激光器，激光器最大输出功率8 kW，输出波长10.6 μ m，输出连续波激光，采用焦距为350的聚焦镜，离焦量-I mm。焊接激光7功率5 8 kff,焊接速率V2为f 2 m/min,焊接激光7与焊丝6的间距d在Γ4 mm范围内确定。激光焊同轴保护气体为30%He+70%Ar，气体流量为25L/min。下面举例说明本发明之方法。先采用预处理激光I熔凝预处理两个待焊工件2的拟连接面3，形成激光熔凝预处理区4，如图I所示。所述待焊工件2为超高强度钢，厚度8 mm，抗拉强度600 MPa。预处理激光I来自Nd: YAG激光器，激光器最大输出功率4kW，输出波长I. 06 μ m，输出连续波激光，采用焦距为175的聚焦镜，离焦量_3 mm。预处理激光I功率2. 5 kW，扫描速率力为2 m/min，扫描搭接率为30 %。然后将经过熔凝预处理的两个待焊工件2的拟连接面3对接，焊缝间隙O. 5 mm，再采用激光-电弧复合焊焊接，见图2所示。电弧焊枪5在前先施焊。电弧采用MIG电弧，来自微电脑焊接波形控制脉冲MIG/MAG焊机，配套送丝机，使用直径I. 2 mm不锈钢焊丝6。电弧电流200 A、电弧电压27V，电弧焊枪5与待焊工件2表面的夹角Θ为65°，电弧焊保护气体为20%C02+80%Ar，气体流量为16L/min。焊接激光7随后施焊。焊接激光7来自CO2激光器，激光器最大输出功率8 kW，输出波长10. 6 μ m，输出连续波激光，采用焦距为350的聚焦镜，离焦量-I mm。焊接激光7功率5 kW，焊接速率V2为I. 5 m/min，焊接激光7与焊丝6的间距d为3 mm。激光焊同轴保护气体为30%He+70%Ar，气体流量为25L/min。按照上述工艺焊接，焊接熔合线8位于激光熔凝预处理区4内，所得到的焊接接头表面和断面均无裂纹，焊接接头抗拉强度为1260 MPa,弯曲总能量达到46 N/m,而现有技术直接采用电弧-激光复合焊得到的焊接接头的抗拉强度只有1080 MPa，弯曲总能量也只有35 N/m。
权利要求
1.一种提高超高強度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法，其特征在于，先采用预处理激光(I)熔凝预处理两个待焊エ件(2)的拟连接面(3)，形成激光熔凝预处理区(4)，预处理激光(I)功率2 3 kW，扫描速率V1为I. 5^2. 5 m/min，扫描搭接率为25 35 % ;然后将经过熔凝预处理的两个待焊エ件(2)的拟连接面(3)对接，再采用激光-电弧复合焊焊接。
2.根据权利要求I所述的提高超高強度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法，其特征在于，所述待焊エ件(2)为超高强度钢，厚度8 mm，抗拉强度600 MPa。
全文摘要
提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法属于超高强度钢焊接技术领域。现有技术焊接接头强度低、韧性差。本发明之提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法其特征在于，先采用预处理激光熔凝预处理两个待焊工件的拟连接面，形成激光熔凝预处理区，预处理激光功率2～3kW，扫描速率v1为1.5～2.5m/min，扫描搭接率为25～35%；然后将经过熔凝预处理的两个待焊工件的拟连接面对接，再采用激光-电弧复合焊焊接。用于大厚度超高强度钢板的对接焊接，能够提高焊接接头的强度、改善焊接接头的韧性。
文档编号B23K28/02GK102848086SQ20121031293
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者刘双宇, 张宏, 石岩, 刘凤德, 徐春鹰, 刘佳 申请人:长春理工大学