一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及軌道車輛、機(jī)械、材料等【技術(shù)領(lǐng)域】的一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法。該方法針對不銹鋼軌道客車車體電阻點焊存在的問題及車體側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，基于激光焊的特點、參數(shù)對奧氏體不銹鋼搭接非熔透焊接頭熔深、熔寬、微觀組織、力學(xué)性能及焊縫背面氧化變色程度的影響規(guī)律，采用正交設(shè)計試驗方法優(yōu)化激光焊接參數(shù)，通過適當(dāng)增大搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度C＞0.6B1、限制下板的熔化深度H＜0.5mm及加純銅墊板等技術(shù)途徑，改善不銹鋼搭接激光焊接頭的力學(xué)性能，避免焊縫背面氧化變色，提高激光焊接頭的焊接質(zhì)量。本發(fā)明的工藝步驟為：在焊件下面放置純銅墊板→采用優(yōu)化的激光焊接參數(shù)→實現(xiàn)不銹鋼搭接激光焊連接。
【專利說明】一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軌道車輛、機(jī)械、材料等【技術(shù)領(lǐng)域】的一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接技術(shù)，屬于材料連接【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源緊缺和環(huán)境污染問題的日益加劇，作為制造業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)的軌道車輛工業(yè)正面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。輕量化、節(jié)能、環(huán)保和安全已成為當(dāng)今軌道車輛工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在各種材料及類型的軌道客車車輛中，不銹鋼軌道客車以其車體輕、能耗低、耐腐蝕、安全性好、使用壽命長及綜合成本低等優(yōu)勢成為軌道客車車輛的首選。特別是不銹鋼高速動車組產(chǎn)品具有更廣闊的應(yīng)用前景和更大的市場空間。不銹鋼軌道客車車體主要由偵_、底架、車頂、外端四大部分構(gòu)成，側(cè)墻采用外墻板(板厚2mm)和補(bǔ)強(qiáng)骨架梁(板厚Imm)組合整體承載的焊接結(jié)構(gòu)。目前，不銹鋼軌道客車車體焊裝主要采用傳統(tǒng)的電阻點焊技術(shù)，車體焊點約7000-8000個。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對軌道客車品質(zhì)提出了更高的要求，電阻點焊車體已不能滿足高品質(zhì)不銹鋼軌道客車生產(chǎn)的要求。存在的主要問題是:1.電阻點焊車體的側(cè)墻外墻板表面存在明顯的壓痕和局部變形，嚴(yán)重影響非涂裝不銹鋼車體的外觀質(zhì)量；2.電阻點焊為非連續(xù)焊縫，點焊車體的密封性差，不適用于高速動車組產(chǎn)品；3.車體結(jié)構(gòu)受點焊工藝限制，生產(chǎn)成本高、效率低。激光焊技術(shù)具有能量密度高、焊接速度快、熱影響區(qū)窄、接頭變形小、焊接位置轉(zhuǎn)換靈活及易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，有利于解決電阻點焊帶來的上述問題，并已在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。因此，德國、日本、加拿大等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)研發(fā)或正在研發(fā)不銹鋼軌道客車激光焊技術(shù)，我國該項技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用尚處于起步階段。因此，研發(fā)不銹鋼軌道客車車體激光焊技術(shù)具有重要的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法，該方法針對不銹鋼軌道客車車體電阻點焊存在的問題及車體側(cè)墻的結(jié)構(gòu)，基于激光焊的特點和激光焊接參數(shù)對奧氏體不銹鋼搭接非熔透焊接頭熔深、熔寬、微觀組織、力學(xué)性能及焊縫背面(搭接接頭下板外表面)氧化變色程度的影響規(guī)律，采用正交設(shè)計試驗方法優(yōu)化激光焊接參數(shù)，通過適當(dāng)增大搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度(c> 0.6B1)、限制下板的熔化深度(H< 0.5mm)等技術(shù)途徑，改善不銹鋼搭接激光焊接頭的力學(xué)性能，避免焊縫背面氧化變色，提高激光焊接頭的焊接質(zhì)量。
[0004]本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接技術(shù)，按以下工藝步驟進(jìn)行:
[0006]a)焊前準(zhǔn)備:先將純銅墊板放于胎夾具內(nèi)，然后將兩不銹鋼板搭接放在墊板上夾緊，通過純銅墊板加強(qiáng)散熱，降低焊縫背面(搭接接頭下板外表面)溫度，防止焊縫背面氧化變色；[0007]b)連接方法:不銹鋼搭接接頭采用激光非熔透焊接工藝(搭接接頭的上板熔透、下板不熔透)，保證下板的表面質(zhì)量(搭接接頭的下板相當(dāng)于軌道客車車體的外墻板)；
[0008]c)焊接參數(shù):激光焊采用優(yōu)化的焊接參數(shù):激光功率1.9_2.2kW、離焦量(-0.5)- (+1)，焊接速度21-24mm/s，通過適當(dāng)增大搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度(C > 0.6BP、限制下板的熔化深度(H < 0.5mm)，提高不銹鋼板搭接激光焊接頭的力學(xué)性能和焊接質(zhì)量；
[0009]d)激光焊接過程中采用氬氣保護(hù)，防止H、O、N等對接頭性能的有害影響；
[0010]所述的適當(dāng)增大搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度(C > 0.6BP，具體為:若上板和下板為不等厚的板，B1代表較薄板的厚度。
[0011]研究結(jié)果表明，激光焊接參數(shù)(激光功率、離焦量、焊接速度等)對不銹鋼搭接接頭熔深、熔寬、微觀組織、力學(xué)性能及焊縫背面(搭接接頭下板外表面)氧化變色程度具有明顯的影響。隨著激光功率增大，熔深、熔寬及接頭拉剪強(qiáng)度增加，但過大的激光功率導(dǎo)致焊縫背面氧化變色明顯；改變離焦量(lmm、0.5mm、O、-0.5mm、焊縫熔深增加,焊縫背面的顏色有加深的趨勢；隨著焊接速度增加，熔深、熔寬及接頭拉剪強(qiáng)度降低，焊縫背面氧化變色程度減弱；在不銹鋼搭接激光焊時采用純銅墊板有利于降低搭接接頭下板外表面溫度，防止焊縫背面氧化變色；采用正交設(shè)計試驗方法優(yōu)化激光焊接參數(shù)，通過適當(dāng)增大搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度(C > 0.6B1)、限制下板的熔化深度(H < 0.5mm)等技術(shù)途徑，可改善接頭的力學(xué)性能，且焊縫背面無氧化變色。
[0012]采用本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行奧氏體不銹鋼搭接激光焊連接，激光焊接頭達(dá)到的性能指標(biāo)為:(1)接頭拉剪載荷22-25kN，接頭拉剪斷裂在熱影響區(qū)或母材區(qū)；(2)接頭疲勞強(qiáng)度110-130MPa，接頭疲勞斷裂主要發(fā)生在熱影響區(qū)或母材區(qū)；(3)激光焊縫表面成形良好，焊縫背面無焊接痕跡和氧化變色。
[0013]本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點:(1)與不銹鋼電阻點焊相比，激光焊具有能量密度高、焊接速度快、熱影響區(qū)窄、變形小、焊接位置轉(zhuǎn)換靈活及易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，有利于提高焊接質(zhì)量和焊接效率。(2)不銹鋼電阻點焊為非連續(xù)焊縫，而激光焊為連續(xù)焊縫，激光焊接頭的力學(xué)性能明顯提高。根據(jù)現(xiàn)行的不銹鋼車體電阻點焊的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)JISZ3140-1989，厚度組合為l+2mm(上板厚度1mm、下板厚度2mm)的不銹鋼電阻點焊接頭的熔核最小直徑和最小拉剪載荷分別為4.3mm和4.2kN ;目前我國不銹鋼車體電阻點焊常用的熔核直徑和拉剪載荷分別為7.0-7.5mm和18.5-19.3kN。本發(fā)明的不銹鋼激光焊接頭的拉剪載荷為22_25kN，接頭疲勞強(qiáng)度110_130MPa，有利于明顯提高不銹鋼軌道客車的使用性能和行車安全性。(3)不銹鋼電阻點存在明顯的壓痕和氧化變色，激光焊接頭焊縫背面看不到焊接痕跡和氧化變色，接頭質(zhì)量明顯提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是不銹鋼搭接激光非熔透焊接示意圖。
[0015]圖2是不銹鋼搭接激光非熔透焊縫表面形貌。
[0016]圖3是不銹鋼搭接激光非熔透焊縫背面形貌。
[0017]圖4是不銹鋼搭接激光非熔透焊接頭截面形貌。
[0018]圖5是不銹鋼搭接激光非熔透焊接頭的疲勞裂紋。[0019]圖1中=A1-不銹鋼搭接接頭的上板，A2-不銹鋼搭接接頭的下板，B1-上板的板厚，B2-下板的板厚，C-搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度，H-下板的熔化深度，L-激光束，W-激光焊縫。
[0020]圖2中:激光焊縫表面成形良好。
[0021]圖3中:激光焊縫背面無焊接痕跡和氧化變色。
[0022]圖4中:激光焊接頭的上板熔透、下板未熔透。
[0023]圖5中:激光焊接頭的疲勞裂紋沿板厚方向開展。
【具體實施方式】
[0024]不銹鋼軌道客車車體的側(cè)墻采用外墻板和補(bǔ)強(qiáng)骨架梁搭接組合的焊接結(jié)構(gòu)，外墻板的板厚2mm，補(bǔ)強(qiáng)骨架梁的板厚1mm，搭接板厚組合為l+2mm。下面以此為例詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0025]實施例1、采用本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行SUS301L奧氏體不銹鋼搭接激光焊連接，不銹鋼板厚組合為l+2mm (上板厚度1mm、下板厚度2mm)。焊前,先將純銅墊板放于胎夾具內(nèi)，然后將不銹鋼板搭接放在墊板上夾緊；激光焊接參數(shù)為:激光功率1.9kff,離焦量-0.5，焊接速度21mm/s ;焊后接頭無裂紋、氣孔、未熔合、咬邊等焊接缺陷；搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度0.86mm，下板的熔化深度0.43mm ;接頭拉剪載荷24.3kN,接頭疲勞強(qiáng)度122.3MPa ;焊縫背面無焊接痕跡和氧化變色。
[0026]實施例2、采用本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行SUS301L奧氏體不銹鋼搭接激光焊連接，不銹鋼板厚組合為l+2mm(上板厚度1mm、下板厚度2mm)。焊前,先將純銅墊板放于胎夾具內(nèi)，然后將不銹鋼板搭接放在墊板上夾緊；激光焊接參數(shù)為:激光功率2.0kW，離焦量1.0，焊接速度22mm/s ;焊后接頭無裂紋、氣孔、未熔合、咬邊等焊接缺陷；搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度0.80mm，下板的熔化深度0.41mm ;接頭拉剪載荷24.lkN，接頭疲勞強(qiáng)度118.3MPa ；焊縫背面無焊接痕跡和氧化變色。
[0027]實施例3、采用本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行SUS301L奧氏體不銹鋼搭接激光焊連接，不銹鋼板厚組合為l+2mm(上板厚度1mm、下板厚度2mm)。焊前,先將純銅墊板放于胎夾具內(nèi)，然后將不銹鋼板搭接放在墊板上夾緊；激光焊接參數(shù)為:激光功率2.lkW，離焦量0.5，焊接速度23mm/s ;焊后接頭無裂紋、氣孔、未熔合、咬邊等焊接缺陷；搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度0.72mm，下板的熔化深度0.35mm ;接頭拉剪載荷22.9kN，接頭疲勞強(qiáng)度111.7MPa ；焊縫背面無焊接痕跡和氧化變色。
[0028]實施例4、采用本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)行SUS301L奧氏體不銹鋼搭接激光焊連接，不銹鋼板厚組合為l+2mm (上板厚度1mm、下板厚度2mm)。焊前,先將純銅墊板放于胎夾具內(nèi)，然后將不銹鋼板搭接放在墊板上夾緊；激光焊接參數(shù)為:激光功率2.2kW，離焦量0，焊接速度24mm/s ;焊后接頭無裂紋、氣孔、未熔合、咬邊等焊接缺陷；搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度0.79mm，下板的熔化深度0.38mm ;接頭拉剪載荷23.7kN，接頭疲勞強(qiáng)度116.4MPa ；焊縫背面無焊接痕跡和氧化變色。
【權(quán)利要求】
1.一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法，其特征在于，按以下工藝步驟進(jìn)行: a)焊前準(zhǔn)備:先將純銅墊板放于胎夾具內(nèi)，然后將兩不銹鋼板搭接放在墊板上夾緊，通過純銅墊板加強(qiáng)散熱，降低焊縫背面即搭接接頭下板外表面溫度，防止焊縫背面氧化變色； b)連接方法:不銹鋼搭接接頭采用激光非熔透焊接工藝:搭接接頭的上板熔透、下板不熔透，保證下板的表面質(zhì)量:搭接接頭的下板相當(dāng)于軌道客車車體的外墻板； c)焊接參數(shù):激光焊采用優(yōu)化的焊接參數(shù):激光功率1.9-2.2kW、離焦量(-0.5)-(+1),焊接速度21-24mm/s，通過適當(dāng)增大搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度C > 0.6B1、限制下板的熔化深度H < 0.5mm，提高不銹鋼板搭接激光焊接頭的力學(xué)性能和焊接質(zhì)量； d)激光焊接過程中采用氬氣保護(hù)，防止H、O、N等對接頭性能的有害影響； 步驟c所述的適當(dāng)增大搭接接頭上板與下板界面處的熔化寬度C > 0.6B1，具體為:若上板和下板為不等厚的板，BI代表較薄板的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法，其特征在于，不銹鋼板厚組合為l+2mm即上板厚度1mm、下板厚度2mm的激光非熔透焊接；激光焊接參數(shù)為:激光功率1.9kW，離焦量-0.5，焊接速度21mm/s ;搭接接頭下面加純銅墊板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法，其特征在于，不銹鋼板厚組合為l+2mm (上板厚度1mm、下板厚度2mm)的激光非熔透焊接；激光焊接參數(shù)為:激光功率2.0kW，離焦量1.0，焊接速度22mm/s ;搭接接頭下面加純銅墊板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法，其特征在于，不銹鋼板厚組合為l+2mm即上板厚度1mm、下板厚度2mm的激光非熔透焊接；激光焊接參數(shù)為:激光功率2.lkW，離焦量0.5，焊接速度23mm/s ;搭接接頭下面加純銅墊板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體不銹鋼搭接激光焊接方法，其特征在于，不銹鋼板厚組合為l+2mm即上板厚度1mm、下板厚度2mm的激光非熔透焊接；激光焊接參數(shù)為:激光功率2.2kW，離焦量0，焊接速度24mm/s ;搭接接頭下面加純銅墊板。
【文檔編號】B23K26/70GK103480966SQ201310481773
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】孫大千, 李洪梅, 谷曉燕 申請人:吉林大學(xué)