一種帶鋼激光拼焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，包括下列步驟：（1）將先行帶鋼的尾部和后行帶鋼的頭部剪切后對中拼接以形成一拼接縫；（2）向所述拼接縫附近投射兩束間距和焦深可調(diào)的激光，其中一束激光落在先行帶鋼上，另一束落在后行帶鋼上；同時填送焊絲進行焊接。采用本發(fā)明所述的方法可以得到較好的焊縫質(zhì)量，從而避免冷軋帶鋼在連續(xù)生產(chǎn)過程中的斷帶現(xiàn)象。
【專利說明】一種帶鋼激光拼焊接方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接方法，尤其涉及一種帶鋼拼焊接方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在冷軋連續(xù)生產(chǎn)工藝中，非常重要的一點就是將前行熱軋帶鋼的末端與后續(xù)帶鋼 的頭部焊接起來形成焊縫，然后使其通過軋線，形成連續(xù)軋制，從而提高生產(chǎn)效率。此時，如 果焊縫質(zhì)量不良，則焊縫在通過軋制線時會出現(xiàn)斷帶，導致生產(chǎn)中斷。
[0003] 激光焊接因焊接質(zhì)量高、無接觸、深寬比大、變形小、焊接美觀、而且焊縫的機械性 能基本與母材一致，因此適于許多領(lǐng)域尤其是鋼帶板材的焊接。但是對于冷連軋機來說，兩 卷拼接在一起的鋼板，其材質(zhì)、厚度都可能是不同的，現(xiàn)有的焊接過程是：將前行鋼卷的帶 尾和后行鋼卷的帶頭切頭后拼接在一起，使用大功率的激光束直射在兩個鋼卷的拼縫處， 在激光的作用下，鋼板及填充焊絲發(fā)生熔融，并粘合在一起，形成焊縫。但如果鋼板的材質(zhì)、 厚度存在較大差異，鋼板對激光束能量的吸收效率也會存在較大差異，這樣一來，用相同功 率的激光束進行焊接，就會產(chǎn)生焊縫兩側(cè)熱源不對稱，一方面焊縫熔融不均勻，導致焊接過 程中出現(xiàn)氣孔、咬邊等顯性外觀缺陷，另一方面焊縫兩側(cè)材料變形量不一致，導致焊縫焊接 殘余應力大。此外，焊接后焊縫區(qū)域、熱影響區(qū)及母材的材料強度也存在較大差異，在軋機 軋制動態(tài)變規(guī)格時很容易出現(xiàn)焊縫斷帶。目前，對此類材質(zhì)、厚度上的焊縫拼接，還沒有很 好的對策措施，當跳躍過大時，為避免焊縫斷帶，一般是通過插入過渡料來進行穿插式生 產(chǎn)；在沒有過渡料時，乳機會采取空通穿帶來避免焊縫斷帶，這種操作方式不僅增加了生產(chǎn) 組織難度和不必要的合同余材，同時也使得生產(chǎn)效率大大降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種帶鋼激光拼焊接方法，采用該方法可以得到較好的焊縫 質(zhì)量，從而避免冷軋帶鋼在連續(xù)生產(chǎn)過程中的斷帶現(xiàn)象。該方法可以適用于相同材質(zhì)的帶 鋼拼接焊，也可以適用于不同材質(zhì)的帶鋼拼接焊，因此具有很強的適用性。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種帶鋼激光拼焊接方法，其包括下列步驟：
[0006] (1)將先行帶鋼的尾部和后行帶鋼的頭部剪切后對中拼接以形成一拼接縫；
[0007] (2)向所述拼接縫附近投射兩束間距和焦深可調(diào)的激光，其中一束激光落在先行 帶鋼上，另一束落在后行帶鋼上；同時填送焊絲進行焊接。
[0008] 本技術(shù)方案采用了分別投射在先行帶鋼和后行帶鋼上且位于拼接縫附近的兩束 激光進行焊接，完全不同于現(xiàn)有技術(shù)中的將一束激光直接投射在拼接縫上的焊接方法，由 于先行帶鋼和后行帶鋼均有與其對應的激光，且兩束激光的焦深和間距均是可調(diào)的，從而 有效避免了焊縫兩側(cè)熱源不對稱，焊縫熔融不均勻的問題。采用該方法進行焊接，可以得到 更大的焊接熔池，兩束激光在帶鋼上形成的匙孔連為一體，形成一個拉長的大匙孔，可以 避免匙孔在劇烈的波動狀態(tài)下坍塌，提高焊接過程的穩(wěn)定性。此外，若帶鋼的厚度或材質(zhì) 有差異，還可以通過不等能量的雙光束改善不等厚度或異鋼種的焊縫成形，改善熔池的流 動性，有利于內(nèi)部氣泡的上浮，降低氣孔的發(fā)生。此外還可以通過分別調(diào)整兩束激光的焦 深來獲得與鋼板材質(zhì)、鋼板厚度相適應的焊接熔深，從而確保焊接熱輸入的穩(wěn)定。
[0009] 進一步地，在上述帶鋼激光拼焊接方法的步驟（1)中，拼接縫為0. 05?0. 30mm。
[0010] 上述拼接縫是指前行帶鋼帶尾和后行帶鋼帶頭經(jīng)雙切剪剪切后的間隙，若間隙過 小或負間隙將會導致焊接后焊縫存在高低差，運行過程中受大張力作用，焊縫容易開裂或 造成斷帶；若間隙過大，則會使得焊接熔池不穩(wěn)定，焊縫成形不良，甚至激光從拼接縫處漏 出，無法形成焊縫。
[0011] 進一步地，在上述帶鋼激光拼焊接方法的步驟（2)中，激光的輸出功率為4?6KW。
[0012] 更進一步地，在上述步驟（2)中，若先行帶鋼與后行帶鋼的材質(zhì)相同，則兩 束激光的功率密度P分別與與其對應的帶鋼的厚度h (單位為：毫米）符合關(guān)系式： P =k-0. 13h+0. 06h2 ;其中k為常數(shù)，0. 35彡k彡0. 55 ; P為激光的輸出功率(單位為：千瓦） 與焊接速度（單位為：米/分鐘）的比值。
[0013] 若先行帶鋼與后行帶鋼的材質(zhì)不同，則兩束激光的功率密度p滿足：Ρ = ζ X (k-o. 13h+0. 06h2)，其中k為常數(shù)，0. 35彡k彡0.55, P為激光的輸出功率(單位為：千瓦） 與焊接速度（單位為：米/分鐘）的比值，h為與該激光對應的帶鋼厚度(單位為：毫米)；ζ 為與該激光對應的帶鋼的強度修正系數(shù)，〇.5< ζ <1.5,帶鋼強度越高，ζ值越大。
[0014] 進一步地，在本技術(shù)方案所述的帶鋼激光拼焊接方法的步驟（2)中，兩束激光之間 的光束間距為〇. 4?2. 0_。
[0015] 為了使得本技術(shù)方案具有更好的實施下過，需要控制兩束激光之間的光束間距， 過小的間距將會在焊接材料激光束交互作用的地方產(chǎn)生過熔，從而導致氣孔，過大的間距 將會形成兩個焊接匙孔而不是一個匙孔，因此，過大或過小的光束間距都無法起到雙光束 焊接的效果。
[0016] 進一步地，在本技術(shù)方案所述的帶鋼激光拼焊接方法的步驟（2)中，控制激光的焦 深為-0. 5?-2. 0_，焦深是指激光光束的焦點偏離于帶鋼厚度中心的距離，負號表示焦點 是位于帶鋼厚度中心位置以下的。
[0017] 為了使得本技術(shù)方案具有更好的實施下過，需要控制兩束激光光束焦點與帶鋼中 心厚度點的距離。激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔，而離開激光焦點的 各平面上，功率密度分布相對均勻。因此，為了穩(wěn)定焊接，激光光束焦點位置應偏離帶鋼中 心厚度點。在一定范圍內(nèi)光束焦點位置位于帶鋼中心厚度點的以下距離時，在焊接熔池形 成過程中，材料內(nèi)部功率密度比表面高,易形成更強的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳 遞，從而可獲得更大的熔深。
[0018] 進一步地，在本技術(shù)方案所述的帶鋼激光拼焊接方法的步驟（2)中，焊絲的成分滿 足Si < 0. 85wt%，選擇這種焊絲可以增加焊縫的韌性和提高焊縫的抗疲勞強度性能。
[0019] 進一步地，在本技術(shù)方案所述的帶鋼激光拼焊接方法的步驟（2)中，采用后置的送 絲方式填送焊絲。
[0020] 使用后置送絲方式可以利用焊接熔池的熱量熔化焊絲，這種方式下激光束有更多 的能量熔化母材，從而保證匙孔的形成和焊接過程的穩(wěn)定。
[0021] 進一步地，在本技術(shù)方案所述的帶鋼激光拼焊接方法的步驟（2)中，焊接速度與填 送焊絲速度的比值為66?90%。
[0022] 發(fā)明人通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，為了使焊縫穩(wěn)定成形、填充飽滿，需要使填送焊絲的速 度略高于焊接速度，優(yōu)選地需要將焊接速度與填送焊絲的速度比值控制在66?90%這一范 圍內(nèi)。
[0023] 進一步地，在本發(fā)明所述的帶鋼激光拼焊接方法的步驟（2)中，焊接過程中采用氦 氣作為保護氣體對焊縫進行保護冷卻。
[0024] 氦氣在激光焊接過程中能有效消除激光焊接過程中在匙孔上方形成的等離子云， 保證激光的透射性和焊接熔池的穩(wěn)定性。
[0025] 進一步地，在本發(fā)明所述的帶鋼激光拼焊接方法的步驟（2)中，采用兩組反射鏡將 兩臺激光器射出的激光分別投射到同一個球面聚焦鏡上，經(jīng)球面聚焦鏡聚焦后，分別投射 在先行帶鋼和后行帶鋼上。
[0026] 采用本發(fā)明所述的帶鋼激光拼焊接方法能夠順利實現(xiàn)在酸軋機組的帶鋼連續(xù)生 產(chǎn)，且通板穩(wěn)定，焊縫斷帶率< 2%。，從而大大提高生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明所述的帶鋼激光拼焊接方法在一種實施方式中采用的雙光束激光 焊接的裝置配置示意圖。

【具體實施方式】
[0028] 下面將結(jié)合說明書附圖和具體的實施例對本發(fā)明所述的帶鋼激光拼焊接方法做 進一步的詳細說明。
[0029] 實施例1?8
[0030] 對如表1所示的帶鋼，按照下列步驟進行激光拼焊接：
[0031] (1)將先行帶鋼的帶尾和后行帶鋼的帶頭經(jīng)雙切剪剪切后對中拼接；
[0032] (2)如圖1所示，選用兩臺功率為6. OKW的高光束質(zhì)量和高能量密度的CO2激光器 A和B作為焊接激光源發(fā)射出與帶鋼長度方向相同的激光光束P和Q，然后分別采用兩組反 射鏡1、2將兩臺激光器A和B射出的CO 2激光光速P和Q分別投射到同一個球面聚焦鏡3 上，經(jīng)球面聚焦鏡3聚焦后的兩束激光P和Q在待焊接的帶鋼上得到與拼接縫并行的兩束 激光束，其中一束落在先行帶鋼上，另一束落在后行帶鋼上，同時采用后置送絲的方式填送 焊絲進行焊接，相關(guān)焊接工藝參數(shù)如表2所示，焊絲成分如表3所示。
[0033] 表 1
[0034]

【權(quán)利要求】
1. 一種帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，包括下列步驟： (1) 將先行帶鋼的尾部和后行帶鋼的頭部剪切后對中拼接以形成一拼接縫； (2) 向所述拼接縫附近投射兩束間距和焦深可調(diào)的激光，其中一束激光落在先行帶鋼 上，另一束落在后行帶鋼上；同時填送焊絲進行焊接。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（1)中，拼接縫為 0. 05 ?0. 30mm。
3. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，激光的輸 出功率為4?6KW。
4. 如權(quán)利要求3所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，若先行帶 鋼與后行帶鋼的材質(zhì)相同，則兩束激光的功率密度P分別與與其對應的帶鋼的厚度h符合 關(guān)系式：P =k-0. 13h+0. 06h2 ;其中k為常數(shù)，0. 35彡k彡0. 55 ; P為激光的輸出功率與焊 接速度的比值；激光輸出功率的單位為KW，焊接速度的單位為m/min，厚度h的單位為mm。
5. 如權(quán)利要求3所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，若先行帶 鋼與后行帶鋼的材質(zhì)不同，則兩束激光的功率密度P滿足：Ρ = ξ X (k-0. 13h+0.06h2)，其 中k為常數(shù)，0. 35 < k < 0. 55, P為激光的輸出功率與焊接速度的比值，h為與該激光對應 的帶鋼厚度；ξ為與該激光對應的帶鋼的強度修正系數(shù)，〇. 5 < ζ < 1. 5,帶鋼強度越高， ξ值越大；激光輸出功率的單位為KW，焊接速度的單位為m/min，厚度h的單位為mm。
6. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，兩束激光 之間的光束間距為〇· 4?2. 0mm。
7. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，控制激光 的焦深為-〇. 5?-2. 0mm。
8. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，焊絲的成 分滿足Si彡0· 85wt%。
9. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，采用后置 的送絲方式填送焊絲。
10. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，焊接速度 與填送焊絲速度的比值為66?90%。
11. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，焊接過程 中采用氦氣作為保護氣體對焊縫進行保護冷卻。
12. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼激光拼焊接方法，其特征在于，所述步驟（2)中，采用兩組 反射鏡將兩臺激光器射出的激光分別投射到同一個球面聚焦鏡上，經(jīng)球面聚焦鏡聚焦后， 分別投射在先行帶鋼和后行帶鋼上。
【文檔編號】B23K26/064GK104227239SQ201310248050
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】陶登國, 宋俊, 曾建峰, 黑紅旭 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司