一种中厚超高强钢板激光-mag焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种中厚超高强钢板激光-MAG焊接方法，属于材料加工工程领域。
【背景技术】
[0002]随着航空工业的发展，普通结构钢已经不能满足重要构件的需要，超高强度钢应运而生。通常超高强度钢的抗拉强度高于1400MPa，韧性较好，综合性能突出。近年来，超高强钢，尤其是超高强中厚板(厚度>8_)在航天航空及武器领域应用越来越广泛。超高强度钢焊接的主要问题包括:冷裂纹、热影响区脆化及软化。冷裂纹的产生主要是其淬硬倾向很大，焊接拉应力及扩散氢的作用。
[0003]而针对中厚超高强度钢板的焊接，目前多采用TIG焊或真空电子束焊，但通常需要焊前预热和焊后热处理，以达到避免冷裂纹、强度适当高以及韧性良好的目标。但TIG焊接效率低，需要多层焊，焊接变形大；电子束焊接本身成本较高，且需要真空焊接环境，也极大的限制了中厚超高强钢板的应用。
[0004]激光_电弧复合焊接是在上世纪70年代末期，由英国学者W.M.Steen最先提出并进行试验的。它将激光和电弧两种热源相结合，克服单热源的不足，从而获得增大能量利用率、提高焊接过程稳定性的效果。采用激光-电弧复合热源焊接，具有焊接速度快、焊缝熔深大、热输入低、变形小等优点，从而达到低成本、高效率、高适应性的效果。目前已有将激光-MAG复合焊接技术应用于超高强中厚板焊接的报道，专利201210039761公开了一种用于厚板高强或超高强钢拼焊的激光-MG复合焊接方法，其实现了高强钢板的高速焊接，但焊前需要预热，增加了焊接的总体时间，专利200810223741.0公开了一种高强或超高强钢激光一电弧复合热源焊接方法，解决了焊前预热的问题，但其焊接速度受到了限制。
[0005]目前，采用激光-MAG电弧复合焊接中厚高强钢板(厚度>8_)存在以下一些问题:
[0006](I)当采用激光-MAG只进行一次焊接时，对复合焊接一次焊透深度要求较大，激光功率的需求较高，增大了激光器的成本，且当激光功率很大时，激光等离子体的反作用力会严重阻碍MAG熔滴过渡，造成MAG熔滴过渡困难，熔滴过渡不稳；
[0007](2)当采用激光-MG复合焊接进行打底焊接，再采用MAG焊进行填充焊接时则增加了焊接的整体时间；
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于针对激光-MAG复合焊接中厚超高强钢板存在的问题，提出一种新方法一中厚超高强钢板激光-MAG复合焊接方法。
[0009]本发明的一种中厚超高强钢板激光-MAG焊接方法，其它是按照以下步骤进行的:
[0010]一、焊接前，将待焊工件的待焊接部位加工成双V型坡口、双u型坡口、双Y型坡口或带钝边双U型坡口，并对加工后的双面坡口及两侧表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
[0011]二、将激光头与MAG焊枪刚性固定；
[0012]三、设置焊接工艺参数:
[0013]打底焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为3000?5000W，电弧电流为100?200A，激光电弧间距为5?6mm，焊接速度为50?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为 30 ?40L/min ；
[0014]填充焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为400?700W，电弧电流为200?400A，激光电弧间距为2?3mm，焊接速度为50?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为20 ?30L/min ；
[0015]四、采用机器人集成系统控制焊接工艺参数，首先MAG电弧起弧，在电弧稳定I?2S后，然后激光器控制发出激光，最后控制机器人使得激光工作头和MAG焊枪共同运动完成焊接过程。
[0016]本发明旨在焊接中厚高强钢板，采用激光-MAG焊接的方法，进行打底焊与填充焊两层焊接得到符合要求的焊缝，其示意图如图1所示。
[0017]在打底焊中，采用激光-MAG双热源复合焊接，相比于一般激光-MAG复合焊接主要有以下两个特点:一.激光与MAG电弧间距离d应大于2-3mm的一般要求，增大至5_6mm，d增大，一方面可以在一定程度上降低激光与电弧的耦合作用，提高焊接过程的稳定性，降低激光等离子体的反作用力对于MAG熔滴过渡的阻碍作用，促进熔滴过渡，另一方面，其扩大了熔池的面积，降低了熔池的冷却速度，增加了冷却时间，降低了高强钢焊接时的裂纹倾向；二.MAG保护气流量大于35L/min，大保护气流量一方面可最大程度吹散激光等离子体，减少等离子体对于激光功率的损耗，在相等的激光功率下获得最大的焊接熔深，另一方面，大保护气流量可以促进MAG熔滴过渡，使焊接过程保持射流或射滴过渡模式，焊接过程稳定。
[0018]在填充焊中，采用激光辅助MAG焊接的方法，能够保持复合焊接头不变，但减小激光电弧间距离，减小保护气流量，并降低激光功率至小于800W，此时，激光在焊接过程中并不形成匙孔，焊接过程由MAG起主导作用，激光的作用在于以下三个方面:一.对工件进行一定程度的预热，减小焊接缺陷产生的可能性，二.通过激光对MAG电弧的吸引和稳定作用，使即使在填充焊，MAG电流很大时，也能保持良好的焊接稳定性；三.由于电弧弧柱被压缩，致使电弧能量更加集中。另外由于激光光致等离子体的热辐射作用，使得熔滴的表面张力系数减小，可以使表面张力减小，从而更加有利于熔滴的细化，促进了熔滴的过渡。
[0019]本发明相比于传统的激光-MAG高强钢中厚板焊接主要有以下几点优势:
[0020]1、两层焊接，降低了一次焊透板的厚度要求，降低了激光器的最大功率要求，降低了成本，且通过两层焊接整体降低了热输入，降低了缺陷出现的可能性；
[0021 ] 2、增大光丝间距，在打底焊中增加了熔池的停留时间，增大保护气流量，尽可能的利用了激光能量；
[0022]3、在填充焊中采用激光辅助MAG焊接，即提高了焊接质量又减小了更换MAG焊枪的时间。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的激光-MAG焊接示意图；
[0024]图2为实施例1进行打底焊接时的焊缝正面形貌电镜图；
[0025]图3为实施例1进行打底焊接时的焊缝反面形貌电镜图；
[0026]图4为实施例1进行打底焊接时的焊缝截面金相形貌图；
[0027]图5为实施例1进行填充焊接时的焊缝正面形貌电镜图；
[0028]图6为实施例1进行填充焊接时的焊缝截面金相形貌图；
[0029]图7为实施例2激光-MAG复合焊接一次焊接1mm厚D406A超高强钢时的焊缝正面形貌电镜图；
[0030]图8为实施例2激光-MAG复合焊接一次焊接1mm厚D406A超高强钢时的焊缝反面形貌电镜图；
[0031 ] 图9为实施例2激光-MAG复合焊接一次焊接1mm厚D406A超高强钢时的焊缝截面金相形貌图。
【具体实施方式】
[0032]【具体实施方式】一:本实施方式的一种中厚超高强钢板激光-MAG焊接方法，其它是按照以下步骤进行的:
[0033]—、焊接前，将待焊工件的待焊接部位加工成双V型坡口、双u型坡口、双Y型坡口或带钝边双U型坡口，并对加工后的双面坡口及两侧表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
[0034]二、将激光头与MAG焊枪刚性固定；
[0035]三、设置焊接工艺参数:
[0036]打底焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为3000?5000W，电弧电流为100?200A，激光电弧间距为5?6mm，焊接速度为50?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为 30 ?40L/min ；
[0037]填充焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为400?700W，电弧电流为200?400A，激光电弧间距为2?3mm，焊接速度为50?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为20 ?30L/min ；
[0038]五、采用机器人集成系统控制焊接工艺参数，首先MAG电弧起弧，在电弧稳定I?2S后，然后激光器控制发出激光，最后控制机器人使得激光工作头和MAG焊枪共同运动完成焊接过程。
[0039]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:激光器为CO2气体激光器、YAG固体激光器或半导体激光器。其它与【具体实施方式】一相同。
[0040]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:MAG采用FroniusTPS4000型MAG电弧焊机和光纤激光-MAG复合焊接头器。其它与【具体实施方式】一相同。
[0041]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:设置焊接工艺参数:
[0042]打底焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为4000?5000W，电弧电流为120?200A，激光电弧间距为5?6mm，焊接速度为100?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为 30 ?40L/min ；
[0043]填充焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为500?700W，电弧电流为250?400A，激光电弧间距为2?3mm，焊接速度为100?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为20?30L/min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0044]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:设置焊接工艺参数:
[0045]打底焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为4000?5000W，电弧电流为150?200A，激光电弧间距为5?6mm，焊接速度为200?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为 30 ?40L/min ；
[0046]填充焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为500?700W，电弧电流为300?400A，激光电弧间距为2?3mm，焊接速度为200?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为20?30L/min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0047]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:设置焊接工艺参数:
[0048]打底焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为4000?5000W，电弧电流为180?200A，激光电弧间距为5?6mm，焊接速度为300?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为 30 ?40L/min ；
[0049]填充焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为600?700W，电弧电流为350?400A，激光电弧间距为2?3mm，焊接速度为300?500mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为20?30L/min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0050]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:设置焊接工艺参数:
[0051]打底焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为4500W，电弧电流为200A，激光电弧间距为5?6mm，焊接速度为400mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为30?40L/min ；
[0052]填充焊:离焦量为-3?+ 3mm，激光功率为500W，电弧电流为350A，激光电弧间距为2?3mm，焊接速度为400mm/min，保护气采用Ar气，保护气流量为20?30L/min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0053]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:设置焊