本发明涉及一种高强钢的窄间隙焊接工艺和材料，属于焊接技术领域，特别是涉及一种800mpa高强钢的激光焊接工艺和焊丝。
背景技术：
近年来，工程机械、压力水管、海工平台等大型建造物采用了抗拉强度800mpa高强度钢材，以提高结构部件的承载力和综合性能。
采用普通电弧焊接方法焊接该类钢板，常常会导致焊接软化，焊接效率也不高。为改善电弧焊接等方法带来的大热输入量的负面影响，近来，激光焊、激光-电弧复合焊等方法开始在800mpa高强钢焊接上得到引用。由于能量高、集中等特点，激光焊可以解决焊接软化问题。但是始终伴随高强钢的冷裂纹问题仍旧存在。
现有激光焊接技术主要通过工艺优化来改善冷裂纹敏感性，比如功率，热输入量，光斑直径等等，但无法改变焊接接头中热影响区或者熔合线位置附近的冷裂纹敏感性。只有同时从工艺和材料两方面入手才能在解决冷裂纹的同时，也改善了焊缝金属的低温韧性。
另外，由于激光焊和电弧焊在能量密度、热循环曲线等方面存在较大差别，同样的焊接材料在两种焊接方式下的表现是完全不同的。电弧焊用材料不能完全照搬到激光焊上。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种经济高效、适用于1000mpa超高强度钢板的混合气体保护焊接用焊丝及焊缝金属，从而为工业界提供一种经济高效的焊接方法和手段。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
高强钢窄间隙焊接工艺，采用激光焊接方法，激光功率3-8kw，矩形光斑尺寸≥20mm2，离焦量16-25mm，激光束方向后倾，与钢板垂直方向成3-10°，焊接速度0.3-0.6m/min；送丝速度3-8m/min，焊丝电流180-260a，焊丝前倾与激光束成10-20°夹角，采用氮气保护；采用u形坡口，钝边1-3mm，无间隙，坡口角度5-10°，根部开口间隙3-5mm，钢板表面坡口开口宽度不超过板厚1/3；
高强钢窄间隙焊接材料，以重量百分比计，焊丝c≤0.08％，si≤0.1％，mn1.5-3.0％，cr1.0-3.0％,ti0.05-0.3％，b0.01-0.05％，余量为fe及杂质元素；
采用窄间隙焊接工艺和材料制得的焊接接头，屈服强度≥830mpa，抗拉强度≥950mpa，-40℃冲击功≥80j；
焊接工艺技术要点说明如下：
激光功率3-8kw，矩形光斑尺寸≥20mm2，离焦量16-25mm，激光束方向后倾，与钢板垂直方向成3-10°，焊接速度0.3-0.6m/min，采用氮气保护；
板厚决定了所需激光功率，6-20mm厚度钢板单道次焊透成型需要功率3-8kw的激光器功率。
采用矩形光斑主要考虑到焊缝对中、与焊丝配合等等因素，可提高焊接工艺性能，避免未熔合、缺陷等焊接问题。
离焦量是也是控制焊丝正常熔化的关键，本发明中这个离焦量可确保焊丝在送丝过程中的稳定熔化填充。
激光束在前，焊丝在后。激光束一方面可提前熔化母材，随后的焊丝在熔池中熔化起到填充作用。激光束倾斜3-10°，主要是考虑到送死机构的位置问题。
焊接速度在0.3-0.6m/min，主要受焊板厚度影响；板厚大，需要的热量就大，焊接速度相对要小。
采用氮气保护，主要是考虑到光束质量和稳定性。
送丝速度3-8m/min，焊丝电流180-260a，焊丝前倾与激光束成10-20°夹角。
送丝速度受板厚，焊接速度，和填充量影响。一是要确保焊丝能够稳定熔化到激光熔池中，另一方面考虑到填充量要求。板厚越大，焊接速度越大，需要的送丝速度越大。
电流主要作用是加热焊丝。相比较不加热焊丝，加热后的焊丝可以更加快速的熔入焊接熔池中，这样一方面可以提高焊接熔池流动性，避免未熔合等缺陷；另一方面可以提高送丝速度和焊接速度，从而提高焊接效率。
焊丝前倾与激光束成10-20°夹角，这样通电加热后的焊丝可以稳定的融入到激光形成的熔池中。
采用u形坡口，顿边1-3mm，无间隙，坡口角度5-10°，根部开口间隙3-5mm，钢板表面坡口开口宽度不超过板厚1/3。
坡口开口宽度约3mm，单边破口角度3-5°，这样可大量节约熔敷量。
窄间隙焊接材料技术要点说明如下：
c：一方面是强化焊缝金属，另一方面是降低冷裂纹敏感性。当其含量≥0.08％时，会显著增加冷裂纹敏感性，同时也会恶化焊缝金属中马氏体的韧性，从而影响整个焊接接头的冲击韧性；因此，其含量应该控制≤0.08％。
当其含量≤0.04％时，效果更好。
si：一方面是降低焊接裂纹敏感性，另一方面是提高焊缝金属中的马氏体韧性。当其超过0.1％时，在提高冷裂纹敏感性的同时，也恶化了焊缝金属低温韧性。因此，其含量应该控制≤0.10％。
当其含量≤0.06％时，效果更好。
mn：主要是强化焊缝金属。当其含量低于1.5％时，强化效果不明显；当其含量超过3.0％时，会导致焊缝金属偏析加剧，影响焊接质量。因此其含量控制在1.5～3.0％。
当其含量在2.0-2.5％时，效果更好。
cr：主要是强化焊缝金属。虽然其固溶强化效果有限，但是可有效增加焊缝金属淬透性，通过形成马氏体来强化焊缝金属。当其含量低于1.0％时，强化效果不明显；当其含量超过3.0％时，会增加冷裂纹敏感性。因此其含量控制在1.0-3.0％之间。
当其含量在1.5-2.5％时，效果更好。
b：一方面用于强化和韧化焊缝金属，另一方面是利用其高扩散性能来细化焊接粗晶热影响区组织，在降低冷裂纹敏感性的同时，也提高了焊接接头低温韧性。当其与mn和cr复合添加时，其强化效果更加有效；同时利用其细化焊缝金属组织效果，也提高了焊缝金属的低温韧性。
该元素扩散性极强，在焊接的加热和冷却过程中，可从焊接金属扩散到热影响区100个微米，该区域正是粗晶热影响区，也是裂纹最容易发生的部位。扩散过来的硼可细化影响热影响区的组织转变产物，在降低冷裂纹敏感性的同时，也提高了该部位的低温韧性。这对于提升整个焊接接头的韧性都有益处。
当其含量低于0.01％时，其作用不明显；当其含量超过0.05％时，可能会有局部富集造成气孔等缺陷，影响焊接质量。因此，其含量控制在0.01-0.05％。
当其含量在0.015-0.035％时，效果更好。
ti：主要是强化焊缝金属。b容易与n等元素发生反应，从而失去强化焊缝金属的作用，钛加入目的是与焊缝熔池中的n发生反应，从而保护b。当其含量低于0.05％时，效果不明显；当其含量超过0.3％时，会形成大量tin夹杂不利于焊缝金属的低温韧性。因此，其含量控制在0.05-0.3％。
当其含量在0.1-0.2％时，效果更好。
采用上述工艺和材料制得的焊接接头，屈服强度≥830mpa，抗拉强度≥950mpa，-40℃冲击功≥80j；
本发明的优点及有益效果：
1.本发明采用矩形光斑、电弧加热送丝和mncrb合金成分焊丝克服了传统激光焊高强钢的冷裂纹问题，省去了预热等复杂工序；
2.本发明在解决高强钢冷裂纹基础上，还解决了焊缝金属和粗晶热影响区低温韧性低的问题，其焊接接头的-40℃冲击功≥80j，可应用于海工结构等领域。
附图说明：
附图1：焊接工装示意图
具体实施方式
以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
按要求制作焊丝，规格1.0-1.6mmm之间，化学成分见表1。
焊接试板选用ht800，厚度6-20mm。加工u形坡口，钝边1-3mm，无间隙，坡口角度5-10°，根部开口间隙3-5mm，钢板表面坡口开口宽度不超过板厚1/3，具体参数见表2。
选用半导体激光器，功率3-8kw，矩形光斑尺寸≥20mm2，离焦量16-25mm，激光束方向后倾，与钢板垂直方向成3-10°，焊接速度0.3-0.6m/min；送丝速度3-8m/min，焊丝电流180-260a，焊丝前倾与激光束成10-20°夹角，采用氮气保护，各实施例具体参数见表2。
实施例1-2：
采用直径1.6mm实芯焊丝。
根部开口间隙5mm。
焊接接头质量和性能见表3。
实施例3-4：
采用直径1.4mm实芯焊丝。
根部开口间隙4mm。
焊接接头质量和性能见表3。
实施例5-6：
采用直径1.6mm实芯焊丝。
根部开口间隙3mm。
焊接接头质量和性能见表3。
实施例7-8：
采用直径1.4mm实芯焊丝。
根部开口间隙4mm。
焊接接头质量和性能见表3。
对比例1-2：
采用直径1.6mm实芯焊丝。
根部开口间隙5mm。
焊接接头质量和性能见表3。
对比例3-4：
采用直径1.6mm实芯焊丝。
根部开口间隙4mm。
焊接接头质量和性能见表3。
通过上述实施例可知，本发明高强钢窄间隙焊接工艺和材料，克服了现有激光窄间隙焊的冷裂纹问题，同时也提高了接头的低温冲击韧性。接头屈服强度≥830mpa，抗拉强度≥950mpa，-40℃冲击功≥80j。可广泛应用于海洋工程等领域。
表1实施例化学成分(wt.％)
表2实施例焊接工艺参数
表3实施例质量