中高碳钢钢板激光焊接方法及其装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种中高碳钢钢板激光焊接方法及其装置，1)将待焊接的中高碳钢钢板进行切边、定位、固定；2)对步骤1)中的钢板进行预热处理；3)调节激光焦距、激光功率和焊接速度后，对步骤2)中预热处理后的钢板进行激光焊接；4)激光焊接结束后，对钢板进行热处理。过选择合适的预热温度和预热时间，设定合理的激光焊接参数，并用适当的热处理工艺对焊缝进行焊后处理，改善焊接性能，使焊接后的中高碳钢钢板各项性能与基体材料相当。
【专利说明】
中高碳钢钢板激光焊接方法及其装置
技术领域
[0001] 本发明设及一种激光焊接方法，具体设及一种中高碳钢钢板激光焊接方法及其装 置。
【背景技术】
[0002] 中高碳钢是先进钢铁材料研究的重要领域之一，是航天航空、交通运输和机械制 造等国民经济骨干产业发展急需的重要基础材料。中高碳板带材不少产品都是经过冷社或 精密社制后才能交付最终客户使用，但是由于中高碳钢的焊接性能较差，目前很少在冷连 社机上生产。中高碳钢的导热性差，在焊接过程中焊接区和未加热部分之间产生显著的溫 差，当烙池极具冷却时，在焊缝中引起的内应力，很容易形成裂纹，而且在近缝区极易形成 马氏体组织，由于组织应力的作用，使近缝区产生冷裂纹，运些问题直接影响了中高碳钢的 焊接，因此在选用焊接方式和焊接工艺上都具有很大的难度。
[0003] 激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊 接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。激光焊 接能量密度高，对高烙点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。 激光焊接所使用的激光束，使材料烙化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。 激光焊接机技术广泛被应运在汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域。
[0004] 激光焊接较广泛的应用于低碳钢焊接，在中高碳钢焊接中应用较少。而目前现有 技术中，对中高碳钢进行激光焊接时，在焊接过程中快速加热和冷却容易产生马氏体组织， 导致焊缝的塑性和初性较差，使焊缝处容易断裂。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种焊缝致密、焊缝组织均匀且无 裂纹的中高碳钢钢板(含碳量为0.30%~0.70% )激光焊接方法及其装置，使焊接后的中高 碳钢钢板各项性能与基体材料相当。
[0006] 为实现上述目的，本发明所设计的中高碳钢钢板激光焊接方法，包括如下步骤：
[0007] 1)将待焊接的中高碳钢钢板进行切边、定位和固定处理；
[000引 2)对经过步骤1)处理的钢板进行预热处理，预热溫度为300~500°C、预热时间为3 ~Smin;
[0009] 3)调节激光焦距、激光功率和焊接速度后，对步骤2)中预热处理后的钢板进行激 光焊接，其中：激光焦距为-2.5~-0.5111111、激光功率为6~121^、焊接速度为4~6111/111^;
[0010] 4)激光焊接结束后，对钢板进行热处理，其中：热处理溫度为600~850°C、热处理 时间为3~5min;
[0011] 5)热处理完成后对钢板焊缝进行压平。
[0012] 进一步地，所述中高碳钢钢板中的含碳量为0.30~0.70%。
[0013] 进一步地，所述步骤1)中，对切边后的钢板进行定位时，满足焊接间隙距离0.05~ 0.08mm后固定钢板。
[0014] 进一步地，所述步骤I)中，钢板的厚度为2.0~3.0mm。
[0015] -种为实现上述所述方法而设计的中高碳钢钢板激光焊接装置，包括焊机底座、 设置在所述焊机底座上的台架移动梁、沿所述台架移动梁移动的台架及安装在所述焊机底 座上的钢板夹持定位装置，所述台架上固定有激光焊头、加热装置和压平漉，所述台架移动 梁包括台架水平移动梁和台架垂直移动梁。
[0016] 进一步地，所述台架水平移动梁和所述台架垂直移动梁相互正交。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有W下优点:通过选择合适的预热溫度和预热时间，设 定合理的激光焊接参数，并用适当的热处理工艺对焊缝进行焊后处理，改善焊接性能，使焊 接后的中高碳钢钢板各项性能与基体材料相当。
【附图说明】
[001引图1为实施例1比例尺为400皿焊缝显微组织；
[0019]图2为实施例1比例尺为20皿焊缝显微组织；
[0020]图3为实施例1焊接组织硬度与距离的关系图；
[0021 ]图4为实施例化k例尺为400WI1焊缝显微组织；
[0022] 图5为实施例化k例尺为20WI1焊缝显微组织；
[0023] 图6为实施例2焊接组织硬度与距离的关系图；
[0024] 图7为实施例化k例尺为400皿焊缝显微组织；
[00巧]图8为实施例化k例尺为20WI1焊缝显微组织；
[00%]图9为实施例3焊接组织硬度与距离的关系图； 图10为本发明中高碳钢钢板激光焊接装置的结构示意图。
[0027] 其中：焊机底座1、钢板夹持定位装置2、待焊接钢板3、激光焊头4、加热装置5、压平 漉6、台架垂直移动梁7、台架水平移动梁8、台架9。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[00巧]实施例1
[0030] 使用具有表1所示化学成分的热社板，试样尺寸为:2.0X500X 1000mm，采用同质 材料焊接的方式。
[0031] 表1实验钢的化学成分(wt% )
[00321
[0033] 焊接方案如表2所示，运里使用的焊机最大焊接功率为12kw的C〇2激光焊接装置， 本试验中使用的激光功率为12kw、焊接速度为6m/min、焊接间隙距离为0.05mm、激光焦距 为-2.5mm。
[0034] 表2焊接方案
[0035]
[0036]
[0037]
[00；3 引
[0039] 观察焊接后的焊缝显微组织如图1、图2所示为回火索氏体，测试焊接组织的显微 硬度如图3所示。
[0040] 实施例2
[0041 ] 使用具有表4所示化学成分的热社板，试样尺寸为:2.0 X 500 X 1200mm，采用同质 材料焊接的方式。
[0042]表4实验钢的化学成分(wt%)
[00431
[0044] 焊接方案如表5所示，运里使用的焊机最大焊接功率为12kw的C〇2激光焊接装置， 本试验中使用的激光功率为Skw、焊接速度为5m/min、焊接间隙距离为0.06mm、激光焦距为- lmm〇
[0045] 表5焊接方案
[0046]
[0047]
[004引
[0049]
[0050] 规祭焊联后的焊缝显徽姐纵观圏4、圏5所不刃凹火奈氏体，测巧焊联姐纵的显做 硬度如图6所示。
[0化1]实施例3
[0052] 使用具有表7所示化学成分的热社板，试样尺寸为:2.0X500X 1200mm，采用同质 材料焊接的方式。
[0053] 表7实验钢的化学成分(wt%)
[00541
[0055]焊接方案如表8所示，运里使用的焊机最大焊接功率为12kw的0)2激光焊接装置， 本试验中使用的激光功率为6kw、焊接速度为4m/min、焊接间隙距离为0.08mm、激光焦距为- 0. 5mm。
[0化6] *。'《+古-小达《
[0化7]
[0化引 [0化9]
[0060]
[0061] 观察焊接后的焊缝显微组织如图7、图8所示为回火索氏体，测试焊接组织的显微 硬度如图9所示。
[0062] 从上述实施例1~实施例3可W看出，采用实施例1~实施例3所述的方案进行焊 接，焊缝质量各项检测结果均满足要求，从焊接后组织可W看出，焊缝致密、无裂纹，焊缝组 织均匀，由硬度检测结果可W看出，焊缝处的硬度较为均匀与焊缝硬度差异梯度较小。上述 结果表明本发明所采用的焊接工艺方法可靠，提供了一种可行的激光焊接中高碳钢的方 法。
[0063] 如图10所示为实现上述方法而设计的中高碳钢钢板激光焊接装置，包括焊机底座 1、 设置在焊机底座1上的台架移动梁、沿台架移动梁移动的台架9及安装在焊机底座1上的 钢板夹持定位装置2,台架9上固定有激光焊头4、加热装置5和压平漉6,本实施例中台架移 动梁包括台架水平移动梁8和台架垂直移动梁7,台架水平移动梁8和台架垂直移动梁7相互 正交。
[0064] 将待焊接的中高碳钢钢板(含碳量为0.30 %~0.70 % )切边后，置于焊接装置，通 过钢板夹持定位装置2对切边板进行定位，使其到达设定好的焊接间隙距离位置后固定待 焊接钢板3，通过的加热装置5对待焊接钢板3的焊缝处进行预热，预热至目标溫度，调节激 光焦距和激光功率，设定合适的焊接速度后投入激光对待焊接钢板3进行焊接，激光焊头4 位于待焊接钢板3的上方，焊接结束后通过加热装置5对焊后对钢板进行热处理，热处理过 程完成后通过压平漉6对焊缝进行压平。加热装置（即预热装置和焊后热处理装置)工作原 理为通过对石墨通电加热，使石墨溫度迅速升高到目标溫度，投入预热和热处理模式后，被 加热的石墨会与焊缝下表面贴合接触，通过热传递的方式使焊缝处溫度升高，从而达到预 热和热处理的效果。
【主权项】
1. 一种中高碳钢钢板激光焊接方法，其特征在于:该方法包括如下步骤： 1) 将待焊接的中高碳钢钢板进行切边、定位和固定处理； 2) 对经过步骤1)处理的钢板进行预热处理，预热温度为300~500°C、预热时间为3~ 5min； 3) 调节激光焦距、激光功率和焊接速度后，对步骤2)中预热处理后的钢板进行激光焊 接，其中：激光焦距为_2.5~-0.5臟、激光功率为6~121^、焊接速度为4~6111/1^11 ; 4) 激光焊接结束后，对钢板进行热处理，其中：热处理温度为600~850 °C、热处理时间 为3~5min; 5) 热处理完成后对钢板焊缝进行压平。2. 根据权利要求1所述的中高碳钢钢板激光焊接方法，其特征在于:所述中高碳钢钢板 中的含碳量为〇. 30~0.70%。3. 根据权利要求1或2所述的中高碳钢钢板激光焊接方法，其特征在于:所述步骤1)中， 对切边后的钢板进行定位时，满足焊接间隙距离0.05~0.08mm后固定钢板。4. 根据权利要求1或2所述的中高碳钢钢板激光焊接方法，其特征在于:所述步骤1)中， 钢板的厚度为2.0~3.0mm。5. -种为实现权利要求1所述方法而设计的中高碳钢钢板激光焊接装置，其特征在于： 包括焊机底座（1)、设置在所述焊机底座（1)上的台架移动梁、沿所述台架移动梁移动的台 架(9)及安装在所述焊机底座（1)上的钢板夹持定位装置(2)，所述台架（1)上固定有激光焊 头(4)、加热装置(5)和压平辊(6)，所述台架移动梁包括台架水平移动梁(8)和台架垂直移 动梁(9)。6. 根据权利要求5所述中高碳钢钢板激光焊接装置，其特征在于:所述台架水平移动梁 (8)和所述台架垂直移动梁(7)相互正交。
【文档编号】B23K26/32GK105904092SQ201610286605
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】甘晓龙, 韩斌, 汪水泽, 谭文, 孙宜强, 蔡珍
【申请人】武汉钢铁股份有限公司