一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法
【專利說明】一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及超高強(qiáng)度鋼焊接領(lǐng)域，具體為一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0003]超高強(qiáng)度鋼(ultrahigh strength steel)，屈服強(qiáng)度在 1370MPa( 140kgf/mm2)以上，抗拉強(qiáng)度在1620MPa (165kgf/mm2)以上的合金鋼稱超高強(qiáng)度鋼。超高強(qiáng)度鋼必須具有高的抗拉強(qiáng)度和保持足夠的韌性，還要求比強(qiáng)度(強(qiáng)度與密度之比)大和屈強(qiáng)比(σ s/ σ b)高，以減輕構(gòu)件的重量，而且要有良好的焊接性和成形性等工藝性能。按照合金化程度及顯微組織，超高強(qiáng)度鋼可分為低合金、中合金和高合金超高強(qiáng)度鋼三類。
[0004]低合金超高強(qiáng)度鋼(low alloy ultra high strength steel)，是由調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼發(fā)展起來的，含碳量一般在0.3-0.5%，合金元素總含量在5%以下，經(jīng)熱處理后的屈服強(qiáng)度大于1380MPa的超高強(qiáng)度鋼。這類鋼合金元素低，成本低，生產(chǎn)工藝簡單，廣泛用于制造飛機(jī)大梁、起落架構(gòu)件、發(fā)動機(jī)軸、高強(qiáng)度螺栓、固體火箭發(fā)動機(jī)殼體和化工高壓容器等。焊接主要存在的問題有:焊接氫致裂紋(冷裂紋)、焊接熱影響區(qū)軟化及韌性下降、焊接接頭的疲勞等。
[0005]30CrMnSiNi2A超高強(qiáng)度鋼是一種綜合性能優(yōu)良的工程結(jié)構(gòu)材料，是目前我國航空工業(yè)中使用最為廣泛的一種飛機(jī)起落架用鋼，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。30CrMnSiNi2A的碳當(dāng)量較高，淬硬傾向較大，易形成淬硬的馬氏體組織，焊接時(shí)易產(chǎn)生冷裂紋。在制造行業(yè)中占有重要地位，主要用于制造承受撞擊載荷、牽引載荷、滑動載荷等受力結(jié)構(gòu)件，由于在振動、沖擊、摩擦等特殊工作環(huán)境下服役易產(chǎn)生應(yīng)力集中和磨損，從而導(dǎo)致零件的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，解決低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接和零件使用過程中損壞的修復(fù)問題，延長其使用壽命。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，對低合金超高強(qiáng)度鋼進(jìn)行激光焊接。激光焊接過程是指以低合金超高強(qiáng)度鋼本體材料為焊接材料，將焊材預(yù)置在待焊接區(qū)表面，采用聚焦激光束為熱源，將焊接材料直接熔焊沉積到待焊接區(qū)，在氬氣保護(hù)下激光束振蕩掃描直至完成整個(gè)區(qū)域的焊接，隨后輔以應(yīng)力退火處理。
[0008]所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，低合金超高強(qiáng)度鋼是指抗拉強(qiáng)度1600MPa以上的低合金超高強(qiáng)度鋼。
[0009]所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，焊接材料選用本體材料，采用線切割的方法對本體材料進(jìn)行切割，并機(jī)械打磨制成焊片。
[0010]所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，在激光焊接前，焊片采用微弧壓貼焊方法預(yù)置在待焊接區(qū)表面，該過程中采用氬氣進(jìn)行保護(hù)。
[0011]所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，采用的聚焦激光束的焦距為100mm?600mm，聚焦方法為內(nèi)透鏡聚焦或外拋物鏡聚焦，激光波長為10.6 μ m或1.06 μ m，平均光功率200W?6000W，光束擺動振幅為1.0mm?15mm，頻率0?10Hz，恪焊速度0.5mm/s?15mm/
So
[0012]所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，工件焊后進(jìn)行應(yīng)力退火處理，在真空爐或保護(hù)氣氛爐中進(jìn)行，爐溫200°C ~300°C，保溫3~4h。
[0013]所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，低合金超高強(qiáng)度鋼本體激光焊接的修復(fù)加工過程為:(1)工件表面清理一⑵焊片制備與清潔一⑶焊片預(yù)置在待焊接區(qū)表面一⑷工件裝夾一(5)激光聚焦對中一(6)激光焊接一(7)去應(yīng)力熱處理一(8)焊接區(qū)修磨一(9)滲透+X光探傷一(1Φ清洗一(11)重復(fù)進(jìn)行⑶~ (1Φ直至達(dá)到要求尺寸一(12)焊接區(qū)精加工。
[0014]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想:
本發(fā)明為一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，以低合金超高強(qiáng)度鋼本體材料為焊接材料，用聚焦的激光束為熱源，將預(yù)置在工件表面的焊片直接熔焊到待焊接區(qū)，激光束連續(xù)振蕩掃描熔焊完成整個(gè)區(qū)域的焊接。采用本發(fā)明可以焊接抗拉強(qiáng)度1600MPa以上的低合金超高強(qiáng)度鋼，解決了焊接過程中易出現(xiàn)氫致裂紋(冷裂紋)、焊接熱影響區(qū)軟化及韌性下降、焊接接頭的疲勞等問題，采用激光熔焊本體材料可有效焊接或修復(fù)低合金超高強(qiáng)度鋼。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是:
低合金超高強(qiáng)度鋼因其合金元素含量少，成本低，生產(chǎn)工藝簡單被廣泛用于制造飛機(jī)大梁、起落架構(gòu)件、發(fā)動機(jī)軸、高強(qiáng)度螺栓、固體火箭發(fā)動機(jī)殼體和化工高壓容器等，該鋼在焊接時(shí)易出現(xiàn)氫致裂紋(冷裂紋)、焊接熱影響區(qū)軟化及韌性下降、焊接接頭的疲勞等問題，采用本發(fā)明一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，可以實(shí)現(xiàn)低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接，并具備如下特點(diǎn)
(1)工件無變形，按本發(fā)明焊接方法焊接后無明顯焊接界線。
[0016](2)焊接材料為本體材料，具有與基體一致的化學(xué)物理性能。
[0017](3)聚焦激光頭可以采用關(guān)節(jié)臂機(jī)械手操作，可自動控制，方便安全。
[0018]【具體實(shí)施方式】:
在【具體實(shí)施方式】中，本發(fā)明一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，對低合金超高強(qiáng)度鋼進(jìn)行激光焊接，激光焊接過程是指以低合金超高強(qiáng)度鋼本體材料為焊接材料，將焊材預(yù)置在待焊接區(qū)表面，采用聚焦激光束為熱源，將焊接材料直接熔焊沉積到待焊接區(qū)，在氬氣保護(hù)下激光束振蕩掃描直至完成整個(gè)區(qū)域的焊接，隨后輔以應(yīng)力退火處理。
[0019]低合金超高強(qiáng)度鋼本體激光焊接過程為:⑴工件表面清理一⑵焊片制備與清潔—⑶焊片預(yù)置在待焊接區(qū)域一⑷工件裝夾一(5)激光聚焦對中一(6)激光焊接一(7)去應(yīng)力熱處理一(8)焊接區(qū)修磨一(9)滲透+X光探傷一(1Φ清洗一(11)重復(fù)進(jìn)行⑶~ (1Φ直至達(dá)到要求尺寸—(12)焊接區(qū)精加工。
[0020]其中:
(1)低合金超高強(qiáng)度鋼在焊接前采用機(jī)械方法對表面進(jìn)行清理，并清洗干凈
(2)低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接材料為本體材料，采用線切割方法切割后經(jīng)機(jī)械打磨制備，焊接材料與基材一致，在焊接前采用微弧壓貼焊方法預(yù)置在基材表面要焊接區(qū)域。
[0021](3)采用聚焦激光束的焦距為100mm?600mm，聚焦方法為內(nèi)透鏡聚焦或外拋物鏡聚焦，激光波長為10.6 μ m或1.06 μ m，平均光功率200W?6000W，光束擺動振幅為1.0mm?15mm,頻率0?10Hz (優(yōu)選為5?5Hz)，恪焊速度0.5mm/s?15mm/s
(4)工件激光焊接后，需進(jìn)行應(yīng)力退火處理，在真空爐或保護(hù)氣氛爐中進(jìn)行，爐溫200 °C ~300°C，保溫時(shí)間 3~4h。
[0022]下面通過實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明
某廠的工件，材質(zhì)為30CrMnSiNi2A，需要進(jìn)行激光焊接，采用本發(fā)明的焊接方法對其進(jìn)行焊接，焊后無裂紋、氣孔等缺陷，滿足廠家的要求。
[0023]本發(fā)明焊接30CrMnSiNi2A工件的加工流程為:⑴工件焊接區(qū)域拋磨一⑵噴砂—⑶超聲清洗一⑷焊材線切割一(5)焊片的磨制一(6)焊片預(yù)置在待焊接區(qū)表面一(7)工件裝夾一⑶機(jī)械手移動聚焦激光頭到焊接位置一⑶可見激光引導(dǎo)定位一(1Φ激光焊接，焊接參數(shù)與焊接路徑已進(jìn)行了試驗(yàn)優(yōu)化(如:采用激光波長1.06 μ m，平均光功率500W，內(nèi)透鏡聚焦，焦距300mm，光斑直徑Φ2mm，光束擺動振幅變動范圍1mm?5mm，頻率2?5Hz)，熔焊速度3mm/s —(11)焊后放入氣氛保護(hù)爐內(nèi)，250°C保溫4h —(12)焊接區(qū)域修磨一(13)滲透、X光探傷—(14)清洗一(15)重復(fù)(6) ~ (14)直至達(dá)到要求的尺寸一(16)焊接區(qū)精加工。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，其特征在于，對低合金超高強(qiáng)度鋼的激光焊接，激光焊接過程是指:以低合金超高強(qiáng)度鋼本體材料為焊接材料，將焊材預(yù)置在待焊接區(qū)表面，采用聚焦激光束為熱源，將焊接材料直接熔焊沉積到待焊接區(qū)，在氬氣保護(hù)下激光束振蕩掃描直至完成整個(gè)區(qū)域的焊接，隨后輔以應(yīng)力退火處理。2.按照權(quán)利要求1所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，其特征在于，低合金超高強(qiáng)度鋼是指抗拉強(qiáng)度1600MPa以上的低合金超高強(qiáng)度鋼。3.按照權(quán)利要求1所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，其特征在于，焊接材料選用本體材料，采用線切割的方法對本體材料進(jìn)行切割，并機(jī)械打磨制成焊片。4.按照權(quán)利要求1所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，其特征在于，在激光焊接前，焊片采用微弧壓貼焊方法預(yù)置在待焊接區(qū)表面，該過程中采用氬氣進(jìn)行保護(hù)。5.按照權(quán)利要求1所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，其特征在于，采用的聚焦激光束的焦距為100mm?600mm，聚焦方法為內(nèi)透鏡聚焦或外拋物鏡聚焦，激光波長為10.6 μ m或1.06 μ m，平均光功率200W?6000W，光束擺動振幅為1.0mm?15_，頻率0?10Hz，恪焊速度 0.5mm/s ?15mm/s06.按照權(quán)利要求1所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，其特征在于，工件焊后進(jìn)行應(yīng)力退火處理，在真空爐或保護(hù)氣氛爐中進(jìn)行，爐溫200°C ~300°C，保溫3~4h。7.按照權(quán)利要求1所述的一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，其特征在于，低合金超高強(qiáng)度鋼本體激光焊接的修復(fù)加工過程為:⑴工件表面清理一⑵焊片制備與清潔一⑶焊片預(yù)置在待焊接區(qū)表面一⑷工件裝夾一(5)激光聚焦對中一(6)激光焊接一(7)去應(yīng)力熱處理—⑶焊接區(qū)修磨一⑶滲透+X光探傷一(1Φ清洗一(11)重復(fù)進(jìn)行⑶~ (1Φ直至達(dá)到要求尺寸一(12)焊接區(qū)精加工。
【專利摘要】本發(fā)明涉及超高強(qiáng)度鋼焊接領(lǐng)域，具體為一種低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接方法，尤其是抗拉強(qiáng)度1600MPa以上的低合金超高強(qiáng)度鋼的焊接，采用激光熔焊本體材料對低合金超高強(qiáng)度鋼進(jìn)行焊接，以本體材料為焊接材料，用線切割方法切割后機(jī)械打磨制得焊片，焊片預(yù)置在待焊接區(qū)表面，聚焦的激光束為熱源，將焊接材料直接熔焊沉積到待焊接區(qū)，在氬氣保護(hù)下激光束振蕩掃描直至完成整個(gè)區(qū)域的焊接，隨后輔以應(yīng)力退火處理。采用本發(fā)明可以焊接抗拉強(qiáng)度1600MPa以上的低合金超高強(qiáng)度鋼，解決了焊接過程中易出現(xiàn)氫致裂紋（冷裂紋）、焊接熱影響區(qū)軟化及韌性下降、焊接接頭的疲勞等問題，采用激光熔焊本體材料可有效焊接或修復(fù)低合金超高強(qiáng)度鋼。
【IPC分類】B23K26/40, B23K26/60, B23P15/00, B23K26/21
【公開號】CN105414904
【申請?zhí)枴緾N201511012666
【發(fā)明人】王東升, 張林平
【申請人】蘭州金研激光再制造技術(shù)開發(fā)有限公司, 沈陽金研激光再制造技術(shù)開發(fā)有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月31日