專利名稱:用于卷材連續(xù)生產(chǎn)工藝的激光焊接法的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種在卷材連續(xù)生產(chǎn)工藝中對熱軋鋼板進行激光焊接的方法，此方法將兩塊熱軋鋼板焊接在一起。更具體來說，本發(fā)明涉及在卷材連續(xù)生產(chǎn)工藝中對熱軋鋼板進行激光焊接的方法，該方法確保在包括突然加熱和突然冷卻的激光焊接過程中，發(fā)生低溫變形的鋼焊縫發(fā)生較小程度變硬，以確保穩(wěn)定的焊接質(zhì)量。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)片狀金屬的技術(shù)領域：
非常需要能夠獲得更高生產(chǎn)率和質(zhì)量，以及更大尺寸的產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)工藝。
已發(fā)現(xiàn)這樣的連續(xù)生產(chǎn)工藝可以將其應用拓展到電工鋼或鐵素體不銹鋼之類的高質(zhì)量鋼。
代表性的卷材連續(xù)生產(chǎn)工藝為同步進行的酸浸和串聯(lián)式帶材冷軋(PCM)處理?？赏ㄟ^分別進行酸浸和串聯(lián)式帶材冷軋(TCM)由熱卷材(hot coil)制得冷卷材(cold coil)。但是也可通過PCM制造冷軋卷材。相對于分別采用酸浸和TCM處理，PCM法可以顯著地提高生產(chǎn)率，因此近來PCM法的應用正在增加。
TCM領域中非常重要的一點是將前一軋鋼板的末端與后一軋鋼板連接起來的技術(shù)。用于TCM的連接技術(shù)包括固態(tài)連接和焊接。
對于焊接，在TCM生產(chǎn)線的進口處將前一軋鋼板的末端與下一軋鋼板焊接起來形成焊縫，然后使其通過以后的冷軋生產(chǎn)線。此時，如果焊縫質(zhì)量很差，則焊縫在通過以后的冷軋生產(chǎn)線的時候會斷裂，可能會阻斷整個工藝。因此，對于TCM生產(chǎn)線，在熱卷材和冷卷材中獲得高質(zhì)量的焊縫都是至關重要的。尤其是與現(xiàn)有的酸浸和TCM生產(chǎn)線相比，PCM生產(chǎn)線的生產(chǎn)線更長，其中的環(huán)節(jié)更多，因此對焊接的質(zhì)量標準的要求比現(xiàn)有生產(chǎn)線更加嚴格。
TCM生產(chǎn)線中的焊接例子包括反復進行短路和電弧放電的閃光對接焊，以及使用高強度加熱源的激光焊接。
閃光對接焊所需的熱輸入很大，因此在選擇焊接材料上面臨問題。例如，電工鋼、鐵素體不銹鋼和高碳鋼的結(jié)合強度不足，在冷軋過程中偶爾會發(fā)生斷裂。特別是高碳鋼的碳含量很高，因此被認為不適于閃光對接焊。另外，在特定的程序和條件下重復進行這種焊接的時候，每條焊縫的質(zhì)量都不均勻，因此其重現(xiàn)性有問題。
激光焊接具有更高的能量密度，而所需的熱輸入少于現(xiàn)有的閃光對接焊，因此得到極佳的焊接質(zhì)量。
但是當在TCM工藝中對高碳鋼進行激光焊接的時候，會在被焊接的金屬中造成孔隙、針孔，還會在焊接金屬和熱影響區(qū)(HAZ)中產(chǎn)生裂紋。
所述孔隙和針孔與焊接材料中的碳含量緊密相關。已知在焊接過程中，熔融金屬中的碳會與空氣中的氧氣反應，產(chǎn)生CO氣體。在熔融金屬固化的過程中被包裹的CO氣體殘留下來，從而形成孔隙。
因此，很重要的是降低熔融金屬中的碳含量，尤其是可以使用合適的焊接材料來消除孔隙的產(chǎn)生。
焊縫的斷裂與焊縫微結(jié)構(gòu)的變硬有關。對于高碳鋼，主要是由于在焊接的過程中，突然的加熱和冷卻過程產(chǎn)生了馬氏微結(jié)構(gòu)，造成高碳鋼在焊縫處發(fā)生斷裂。在這里，焊接金屬和熱影響區(qū)的微結(jié)構(gòu)同時變硬，使得彌補該問題的方法復雜化，而且產(chǎn)生很多變數(shù)。
下文是一些對鋼進行TCM的常規(guī)技術(shù)，這些技術(shù)使鋼的微結(jié)構(gòu)變硬。首先，日本待公開專利申請第H5-50276號揭示了一種對焊縫進行的熱處理，在此熱處理中，根據(jù)熱軋鋼板的碳含量，在一定的時間內(nèi)，使用固定熱源將焊縫保持在特定的熱處理溫度。然而，根據(jù)熱處理的持續(xù)時間，這種方法將延長總焊接時間。
在日本待公開專利申請第H5-132719號中揭示了另一種常規(guī)的技術(shù)。該技術(shù)涉及激光焊接焊縫，然后在1分鐘內(nèi)，在至少400℃、高達Ac1點的溫度下對焊縫進行熱處理。然而，可以在至少400℃、高達Ac1點的溫度下，以相當長的時間進行焊接，以完全消除變硬的微結(jié)構(gòu)。同樣，對于激光焊接中所需的突然冷卻，應當在焊接之后的幾分鐘內(nèi)對焊縫進行突然加熱，以進行熱處理，從而使得熱處理過程顯著地復雜化。
日本待公開專利申請第H8-57502號揭示了另一種常規(guī)的焊接技術(shù)，在此技術(shù)中，將具有優(yōu)良的可焊性的低碳鋼插入高碳鋼的連接處之間。這使得焊接處理的數(shù)量比其它焊接法增加了不止一倍，而且每次都需要制備前導帶材，因此不適于大規(guī)模生產(chǎn)。
日本待公開專利申請第H8-215872號揭示了另一種技術(shù)，在此技術(shù)中，當焊縫通過將要被加熱的鐵素體和珠光體的混合區(qū)域的時候，對焊縫進行冷卻。在此激光焊接中，加熱和冷卻的突變比電弧焊接更快，因此焊縫幾乎不會轉(zhuǎn)化為鐵素體和珠光體的混合區(qū)域。尤其是高碳鋼在焊接的時候，會嚴重變硬。
在日本待公開專利申請第2000-317642號中揭示了另一種常規(guī)技術(shù)，在此技術(shù)中，對結(jié)合部進行激光焊接，然后對熱軋鋼板進行熱處理。然而，在此情況下，由于是激光焊接，焊縫突然冷卻，在熱處理之前轉(zhuǎn)化為馬氏微結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生微裂紋。因此，這種技術(shù)幾乎無法用于PCM之類的需要高質(zhì)量焊接的生產(chǎn)線。
日本待公開專利申請第2001-353587號提出了另一種常規(guī)的技術(shù)，在此技術(shù)中，在高碳鋼和低碳鋼的多相材料之間的連接處中使用填充焊絲。在此方法中不使用熱處理，將激光束輻照到低碳鋼上，以防焊縫中出現(xiàn)裂紋。但是這種技術(shù)也無法消除未熔融的高碳鋼中熱影響區(qū)中產(chǎn)生的變硬的微結(jié)構(gòu)。
在日本待公開專利申請第2000-317642號中揭示了另一種常規(guī)的技術(shù)。這種技術(shù)使用閃光對接焊對焊縫進行熱處理。在日本專利申請公開第H5-132719號、第2000-317642號和第2004-76159號中揭示了類似的用來對焊縫進行熱處理的技術(shù)，但它們采用的方法不同。這些方法都無法確保包含至少0.5％的碳的高碳鋼獲得穩(wěn)定質(zhì)量的焊縫。
盡管上述在TCM中連接鋼板的技術(shù)有很多種，但是這些技術(shù)都僅能應用于具有較低碳含量的高碳鋼，或者用于不要求高焊接質(zhì)量的生產(chǎn)線。
因此，人們需要一種技術(shù)，這種技術(shù)能夠用來對鋼進行TCM操作以保證焊點具有良好的質(zhì)量，在此操作中，所述焊點的微結(jié)構(gòu)在包括突然加熱和突然冷卻的激光焊接中發(fā)生變化。這些鋼的例子是高碳鋼、雙相(DP)鋼、相變誘發(fā)塑性(TRIP)鋼和復合相(CP)鋼。

發(fā)明內(nèi)容通過本發(fā)明來解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，因此本發(fā)明的一個方面是提供一種激光焊接法，該焊接法確保焊縫的微結(jié)構(gòu)發(fā)生較少的硬化，以確保焊縫具有穩(wěn)定的質(zhì)量，從而提高連續(xù)生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明一個方面，本發(fā)明提供了用來在連續(xù)生產(chǎn)卷材的工藝中對熱軋鋼板進行激光焊接的方法，該方法包括將易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的兩塊熱軋鋼板互相對接起來；用包含最高至1重量％的碳和0-1.22重量％的鉻的焊接材料將所述熱軋鋼板對接的部分激光焊接起來。
所述焊接材料包含碳鋼或鎳合金，優(yōu)選包含選自以下的一種金屬絲、粉末和膜。
根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，較佳的是，在激光焊接之前，將所述熱軋鋼板的對接部分預熱至600-800℃。
根據(jù)本發(fā)明另一實施方式，較佳的是，在激光焊接之后，將對接部分的焊縫后加熱至800-1100℃。最佳的是，所述預熱和后加熱都要進行。
所述易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的熱軋鋼板包括選自以下的一種鋼材包含至少0.5重量％的碳的高碳鋼、雙相(DP)鋼、相變誘發(fā)塑性(TRIP)鋼和復合相(CP)鋼。
所述高碳鋼由以下組分組成至少0.5重量％的碳、0.1-0.5重量％的硅、0.3-0.6重量％的錳、最高至0.05重量％的磷、最高至0.05重量％的硫、最高至0.5重量％的銅、最高至3重量％的鎳、0.05-0.5重量％的鉻、至少0.05重量％的鋁，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
所述連續(xù)生產(chǎn)卷材的工藝包括選自以下的一種酸浸和串聯(lián)式冷軋生產(chǎn)線、酸浸和上油生產(chǎn)線、退火和酸浸生產(chǎn)線、酸浸生產(chǎn)線和串聯(lián)式冷軋生產(chǎn)線。
結(jié)合附圖閱讀以下詳述，可以更好地理解本發(fā)明的以上目的、特征和其它的目的、特征以及其它的優(yōu)點，在附圖中圖1是顯示本發(fā)明的示例性激光焊接設備的方案視圖；圖2是顯示本發(fā)明的激光焊接熱循環(huán)圖；圖3是本發(fā)明對SK85鋼進行PCM處理之后的激光焊縫的圖片。
具體實施方式下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施方式。
在此說明書中，“易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的熱軋鋼板”表示一些熱軋鋼板，當通過激光焊接將它們連接起來形成焊縫，然后進行冷卻的時候，這些熱軋鋼板的焊縫的微結(jié)構(gòu)在低溫下發(fā)生轉(zhuǎn)化。所述低溫轉(zhuǎn)化微結(jié)構(gòu)表示包含馬氏體和貝氏體的微結(jié)構(gòu)。所述在激光焊接后易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的熱軋鋼板還包含高碳鋼或高強度鋼。
所述高碳鋼表示包含至少0.5重量％的碳的鋼。例如，所述高碳鋼由以下組分組成至少0.5重量％的碳、0.1-0.5重量％的硅、0.3-0.6重量％的錳、最高至0.05重量％的磷、最高至0.05重量％的硫、最高至0.5重量％的銅、最高至3重量％的鎳、0.05-0.5重量％的鉻、至少0.05重量％的鋁，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。在本發(fā)明中，除非另外說明，百分數(shù)表示重量百分數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，包含至少0.5％的碳的鋼可理解為包括在高碳鋼范圍之內(nèi)。在本文中，可以向高碳鋼加入Mo、V、Ti、W、B、Nb和Sb之類的合金元素，以使得高碳鋼具有特殊的功能。
所述高碳鋼設計成抗張強度為450MPa，例如易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的鋼。易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的鋼包括雙相(DP)鋼、相變誘發(fā)塑性(TRIP)鋼和復合相(CP)鋼。高強度鋼通常被認為是易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的鋼。雙相鋼包含具有延展性鐵素體和堅硬的馬氏體特征的兩個相。雙相鋼以很少的合金元素確保了優(yōu)良的可加工性和高強度。同時，TRIP鋼由延展性鐵素體、堅硬的貝氏體和在高溫下處于亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體組成。在TRIP鋼中，亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體相被轉(zhuǎn)化為非常堅硬的馬氏體。CP鋼滲入馬氏體或貝氏體微結(jié)構(gòu)中。上文所述具有轉(zhuǎn)化微結(jié)構(gòu)的鋼材在激光焊接之后，其微結(jié)構(gòu)發(fā)生相轉(zhuǎn)化。
如上所述，在高碳鋼或易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的鋼中，當對該鋼材進行激光焊接、然后冷卻的時候，焊縫的微結(jié)構(gòu)在低溫下相轉(zhuǎn)化為例如具有很強脆性的馬氏體或貝氏體。通過這種方式，焊縫中的低溫轉(zhuǎn)化微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋或斷裂。
另外，在此說明書中，“焊縫”表示在連續(xù)生產(chǎn)卷材的工藝中，將前一熱卷的末端與后一熱卷激光焊接起來的時候，所形成的連接部分。在這里，焊縫包括被激光熔化然后固化的熔融金屬，以及被激光的熱能影響的熱影響區(qū)(HAZ)。
另外，在此說明書中，“連續(xù)生產(chǎn)卷材的工藝”表示在熱軋或冷軋生產(chǎn)線中連續(xù)生產(chǎn)卷材。在這里，所述連續(xù)生產(chǎn)線包括對連接在一起的熱軋鋼板進行拋光的拋光處理，或者所有連續(xù)生產(chǎn)處理，例如熔融鍍鋅處理或退火處理。
首先，根據(jù)本發(fā)明一個方面，將會基于對具有低溫轉(zhuǎn)化微結(jié)構(gòu)的激光焊縫進行的微結(jié)構(gòu)測試和Erichsen測試來檢測焊縫中發(fā)生硬化的原因。
本發(fā)明人證明了焊縫金屬和熱影響區(qū)分別發(fā)生硬化主要是由于低溫轉(zhuǎn)化微結(jié)構(gòu)造成的。
可通過焊縫的化學組成抑制或消除這種低溫轉(zhuǎn)化微結(jié)構(gòu)。為此，可使用包含較少碳含量的焊接材料，以減少焊縫金屬中的碳含量。更佳的是，可以將熱處理和焊接材料結(jié)合起來，以消除硬化。
焊縫的質(zhì)量不僅受到上述焊縫硬度的影響，而且還受到其總體硬度分布的影響。
因此，本發(fā)明還提出了對焊縫進行熱處理，以降低焊縫的硬度和減輕其總體硬度分布。這使得易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的鋼可以獲得穩(wěn)定質(zhì)量的激光焊縫。
另外，在PCM之類的連續(xù)生產(chǎn)工藝中，如果焊接和熱處理獨立進行，會延長焊接時間，從而降低總體生產(chǎn)率。另外，熱軋鋼板中碳含量的增加會延長熱處理時間。
因此，根據(jù)本發(fā)明，為解決這些問題，如圖1所示，將熱處理裝置設計成與焊接裝置整合為一體，使得熱軋鋼板的焊縫可以同時進行焊接和熱處理。
在關于圖1的敘述中，本發(fā)明的焊接設備大體上由焊接裝置10和熱處理裝置20組成。這兩個裝置最優(yōu)選整合為一體，但是并不限于此。圖1是顯示本發(fā)明的焊接設備的示意圖，圖中這些裝置并未整合在一起。但是可通過現(xiàn)有技術(shù)的方法將這些設備設計成整合在一起的結(jié)構(gòu)，因此不再詳述。
本發(fā)明的焊接裝置10包括用來產(chǎn)生激光的激光發(fā)生器12，以及用來提供焊接材料的填料供應裝置16。熱處理裝置20作為所有裝置的熱源，用來迅速地加熱移動的熱卷材。優(yōu)選的熱源是高頻感應線圈。熱處理裝置20由預熱器22和后加熱器24組成，預熱器22安裝在焊接裝置10的上游，用來對焊接之前的熱軋鋼板40進行加熱，后加熱器24用來對焊接之后的熱軋鋼板50進行加熱。
當使用本發(fā)明的焊接設備將移動的熱軋鋼板焊接在一起的時候，首先將下一熱卷材40的前端和上一熱卷材50的末端對接起來，在用預熱器22加熱之后，通過焊接裝置10焊接起來。使用后加熱器24對將熱軋鋼板連接起來的焊縫60進行后加熱。
在圖1中，尚未描述的數(shù)字30表示導輥。
當使用本發(fā)明的焊接設備焊接移動的熱軋鋼板的時候，這些鋼板也使得焊接設備移動。在這里，熱軋鋼板可以沿與焊接設備相同或相反的方向移動。當熱軋鋼板沿與焊接設備相同的方向移動的時候，較佳的是，所述熱軋鋼板移動的速度與焊接設備相同，或者熱軋鋼板移動得更快。
圖2是顯示當使用本發(fā)明一實施方式的可移動焊接設備進行焊接的時候，熱軋鋼板的焊縫的熱循環(huán)過程及其隨后的微結(jié)構(gòu)狀態(tài)的示意圖。
本發(fā)明提出了一種控制焊縫的硬化，從而對具有低溫轉(zhuǎn)化微結(jié)構(gòu)的熱軋鋼板實施連續(xù)生產(chǎn)工藝的方法。該方法包括控制焊縫的化學組成和對焊縫進行熱處理。
下文中將對這些方法進行解釋。
首先將解釋控制焊縫化學組成的方法。
該方法用來控制包含大部分熔融金屬的焊接材料。較佳的是，所述焊接材料由填料供應裝置16向焊縫60提供，焊接材料基本包含最高至0.1％的碳和0-1.22％的鉻。這種焊接材料采用具有高抗張強度的碳鋼和鎳合金。由于碳鋼能夠保證更穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，因此是優(yōu)選的。
當未采用最佳焊接參數(shù)的時候，由不銹鋼和鎳合金組成的焊接材料對高碳鋼(即基質(zhì)材料)的浸潤性降低，有基質(zhì)材料元素未完全稀釋于其中。這有時會使得焊縫變得很脆。但是本發(fā)明并不限于鎳合金。
較佳的是，根據(jù)本發(fā)明，所述焊縫金屬配制成包含最高至0.4％的碳。這是由于在激光焊接中，極少量的焊接材料熔融并填入焊縫中，使得基質(zhì)材料以更大的比率(與常規(guī)的電弧焊接相比)稀釋于其中。
例如，當所述熱軋鋼板是包含至少0.85％的碳的高碳鋼的時候，焊接材料應包含約最高至0.1重量％的碳，從而在稀釋率最高設定為30％的情況下，將焊縫金屬中的碳含量保持在最高至0.4％。
另外，在焊縫金屬和熱影響區(qū)的附近，Cr與熱軋鋼板中的碳反應，生成碳化鉻。因此所述焊接材料應優(yōu)選包含最高至1.22％的鉻。
因此，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述焊接裝置提供的焊接材料是包含最高至0.15的碳和0-1.22％的鉻的碳鋼或鎳合金。碳鋼和鎳合金的主要組成分別是鐵和鎳。根據(jù)本發(fā)明可使用的焊接材料可以是滿足上述碳和鉻的條件的常規(guī)的碳鋼或鎳合金。所述焊接材料優(yōu)選為金屬絲的形式，但是也可采用粉末或膜的形式。
下文中將解釋對焊縫進行熱處理的方法。
在本發(fā)明中，對焊縫的熱處理分為預熱和后加熱。在焊接之前進行預熱，以防焊點出現(xiàn)裂紋，在焊接后進行后加熱處理，以減輕焊點的硬化。
在對易于低溫轉(zhuǎn)化的熱軋鋼板進行激光焊接且對焊縫僅進行后處理的時候，焊縫在焊接之后、后加熱之前快速冷卻，因此有可能造成焊縫斷裂。
因此，優(yōu)選對易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的焊接材料進行預熱，以緩解由于激光焊接造成的快速冷卻。
當在本發(fā)明一個實施方式中使用可移動熱處理裝置的時候，如果預熱溫度僅略高于馬氏體轉(zhuǎn)化溫度(Ms)，焊接材料無法充分發(fā)揮作用，因此優(yōu)選應預熱至高于該溫度的溫度。
因此，根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，較佳的是，將高碳鋼的焊縫預熱至600-800℃。最高至600℃的預熱溫度無法確保將移動的熱軋鋼板預熱足夠的時間，因此會使得焊縫的質(zhì)量不夠令人滿意。另一方面，至少800℃的預熱溫度會使得焊縫由于過度的熱量輸入而變形，使得焊縫遠不夠結(jié)實。
另外，根據(jù)本發(fā)明，對焊縫的后加熱以兩種方式進行。
第一種方式是回火，在此方式中，在較長的時間內(nèi)在等于或低于Ac1的溫度下對焊縫進行后加熱，將馬氏體微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為回火的馬氏體，從而使其具有延展性。
第二種方式是在激光焊接中對冷卻熱循環(huán)進行主動控制，將焊縫轉(zhuǎn)化為鐵素體和珠光體微結(jié)構(gòu)。
回火法需要較長的熱處理，因此確保具有充足的延展性。但是在具有很快的生產(chǎn)速率的卷材生產(chǎn)線中，這種冗長的后加熱會降低生產(chǎn)率。因此，在使用可移動熱源的激光焊接系統(tǒng)中，更優(yōu)選在激光焊接之后減輕冷卻循環(huán)的方式。
優(yōu)選將焊縫后加熱至800-1100℃，更優(yōu)選加熱至950-1100℃。根據(jù)本發(fā)明一實施方式，還優(yōu)選在不固定時間的條件下對焊縫進行后加熱，然后使其自然冷卻。
當后加熱至最高至800℃的溫度時，由于熱量輸入不足，在冷卻之后會在焊縫中產(chǎn)生馬氏體微結(jié)構(gòu)，使得減少硬化的效果不足。另一方面，如果后加熱溫度至少為1100℃，會由于過度的熱量輸入使得焊縫的微結(jié)構(gòu)變粗糙，或者部分地產(chǎn)生表現(xiàn)為硬化微結(jié)構(gòu)的馬氏體，使得焊縫的物理性質(zhì)變差。
本發(fā)明的激光焊接可用于所有連續(xù)生產(chǎn)卷材的方法，這些方法包括例如酸浸和串聯(lián)式冷軋(PCM)生產(chǎn)線、酸浸和上油生產(chǎn)線(POL)、退火和酸浸生產(chǎn)線(APL)、酸浸生產(chǎn)線(PL)和串聯(lián)式冷軋(TCM)生產(chǎn)線。
下面將通過實施例的形式解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
實施例這些實施例采用具有表1所示組成的高碳鋼熱軋鋼板(主要由鐵組成)。這些熱軋鋼板厚度為2.0毫米，通過最大輸出功率為12KW的CO2激光焊接裝置互相焊接起來。
表1
這些實施例還使用絲狀填料(Φ0.9毫米)作為焊接材料。組成如表2所示的焊接材料包括基于碳鋼的ER70S-G和ER80S-G，基于不銹鋼的ER308，以及基于鎳合金的ERNiCrMoO3和ERNi。所述基于碳鋼的ER70S-G和ER80S-G以鐵為主要化學組成，但是鐵未在表2中列出。
表2
在一定條件下采用所述激光焊接裝置將這些熱軋鋼板激光焊接起來，使得焊縫不含孔未填滿之類的焊接缺陷。在這里，激光器的輸出功率為8.4kW，焊接速率為4.5米/分鐘，連接處的間隔為0.15毫米。
使用具有20w×200lmm的加熱源的高頻感應加熱爐，通過改變輸出，沿焊接線移動，對焊縫進行熱處理。
以大約100℃/s的加熱速率，在各種溫度下通過預熱和后加熱對接縫進行熱處理，然后自然冷卻(空氣冷卻)。
在熱處理焊縫的時候，將R型高溫計點焊接在焊接邊緣處，以測量通過高頻感應加熱爐加熱的焊縫的溫度變化歷程。從溫度變化歷程曲線中獲得的最高溫度確定為熱處理溫度。
根據(jù)上述條件得到的焊縫達到了PCM生產(chǎn)線的標準Erichsen高度等于或大于4毫米。因此，用Erichsen測試儀測量質(zhì)量。為了評價焊縫的質(zhì)量，對直至裂縫出現(xiàn)之前的焊縫塑性變形高度進行測量。
首先，表2顯示了根據(jù)焊接材料和熱處理條件，對包含0.85％的碳的SK85鋼的質(zhì)量評價結(jié)果。
表3
注WM*…………焊接材料HT**…………熱處理EH***…………Erichsen高度(毫米)從表3可以看出，當SK85鋼的焊縫既沒有使用焊接材料，也沒有進行熱處理的時候，焊縫在焊接之后立刻出現(xiàn)裂紋，因此無法獲得能夠滿足標準的焊接點。
另外，當僅進行預熱和后加熱中的一種操作的時候，焊縫無法獲得合格的質(zhì)量。
相反，當本發(fā)明的預熱和后加熱操作都進行時，發(fā)現(xiàn)焊縫的質(zhì)量相對于僅使用其中一種操作的情況有所提高。
另外，從表3可以看出，當焊縫預熱至600-800℃、后加熱至950-1100℃的溫度下的時候，焊縫具有Erichsen高度超過4.0毫米的穩(wěn)定焊接質(zhì)量，所述4.0毫米的Erichsen高度是用來確定是否可采用PCM生產(chǎn)線的下限。
另外，對于焊接材料，Cr含量低的ER70S-G、ER80S-G和ERNi時，Erichsen高度超過了4.0毫米。與此同時，即使采用相同的熱處理技術(shù)，鉻含量分別為19.86％和21.17％的ER308和ERNiCrMo-3都無法獲得令人滿意的焊接質(zhì)量。
這是由于焊接材料中所含的Cr元素會在顆粒邊界處與熱軋鋼板中的碳元素反應，生成碳化鉻，使得顆粒的邊緣變脆。
表4顯示了根據(jù)焊接材料和熱處理條件對包含0.5％的碳的S50C鋼的質(zhì)量評價結(jié)果。
表4所示的實施例在表3所示能夠獲得最高Erichsen值的溫度條件下進行熱處理，也即預熱至723℃，后處理至1005℃。
表4
注WM*…………焊接材料HT**…………熱處理EH***…………Erichsen高度(毫米)
從表4可以看出，在不考慮焊接材料和熱處理法的情況下，對S50C鋼的激光焊接總體上優(yōu)于SK85鋼的質(zhì)量。
另外，即使僅采用后加熱，對S50C鋼的激光焊接也可獲得超過4.0毫米的Erichsen高度值(即下限)。很顯然這是由于鋼中的碳含量較低帶來硬化程度較小造成的。
另外，從表4可以看出，當預熱和后加熱都采用的時候，焊縫的質(zhì)量要高得多。
上文揭示了本發(fā)明優(yōu)選的實施方式。但是本發(fā)明并不限于這些實施例中所述的用于高碳鋼的連續(xù)生產(chǎn)工藝的焊接條件。本發(fā)明可用于包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的連續(xù)生產(chǎn)工藝的各種焊接條件。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明示例性的實施方式，一種用于連續(xù)生產(chǎn)工藝的激光焊接提供了人們尚未采用的焊接條件，從而可以連續(xù)生產(chǎn)容易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的鋼板。
另外，為了連續(xù)生產(chǎn)容易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的熱軋鋼板，本發(fā)明確保了不含焊接缺陷的可靠的激光焊接點。另外，如圖3所示，本發(fā)明可以連續(xù)生產(chǎn)而不會在激光焊縫中產(chǎn)生斷裂。
另外，除了本發(fā)明以外，無論鋼中的碳含量是多少，焊接時間都可以縮短到通常的鋼所需的25秒。這可以顯著提高連續(xù)生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)率。
另外，在本發(fā)明的焊接條件下，容易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的鋼可以耐受施加于連續(xù)生產(chǎn)工藝的很強的壓縮負荷力，以及架子之間的張力，從而可以以無斷裂的焊縫進行連續(xù)生產(chǎn)。
盡管已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施方式展示和描述了本發(fā)明，但是本領域技術(shù)人員可以顯而易見地看到，可以在不背離所附權(quán)利要求
書所限定的本發(fā)明精神和范圍的前提下對其進行修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種在連續(xù)生產(chǎn)卷材的工藝中用于熱軋鋼板的激光焊接方法，該方法包括將兩塊易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的熱軋鋼板互相對接；用包含最高至1重量％的碳和0-1.22重量％的鉻的焊接材料，將所述熱軋鋼板對接的部分激光焊接起來。
2.如權(quán)利要求
1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述焊接材料包含碳鋼或鎳合金。
3.如權(quán)利要求
1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述焊接材料包含選自以下的一種金屬絲、粉末和膜。
4.如權(quán)利要求
1所述的激光焊接方法，其特征在于，在激光焊接之前，將所述熱軋鋼板的對接部分預熱至600-800℃。
5.如權(quán)利要求
1或4所述的激光焊接方法，其特征在于，在激光焊接之后，將對接部分的焊縫后加熱至800-1100℃。
6.如權(quán)利要求
6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的熱軋鋼板包括選自以下的一種包含至少0.5重量％的碳的高碳鋼、雙相(DP)鋼、相變誘發(fā)塑性(TRIP)鋼和復合相(CP)鋼。
7.如權(quán)利要求
6所述的激光焊接方法，其特征在于，所述高碳鋼由以下組分組成至少0.5重量％的碳、0.1-0.5重量％的硅、0.3-0.6重量％的錳、最高至0.05重量％的磷、最高至0.05重量％的硫、最高至0.5重量％的銅、最高至3重量％的鎳、0.05-0.5重量％的鉻、至少0.05重量％的鋁，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
8.如權(quán)利要求
1所述的激光焊接方法，其特征在于，所述連續(xù)生產(chǎn)卷材的工藝包括選自以下的一種酸浸和串聯(lián)式冷軋生產(chǎn)線、酸浸和上油生產(chǎn)線、退火和酸浸生產(chǎn)線、酸浸生產(chǎn)線和串聯(lián)式冷軋生產(chǎn)線。
專利摘要
一種用來在連續(xù)生產(chǎn)卷材的工藝中對熱軋鋼板進行激光焊接的方法。將兩塊容易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)化的熱軋鋼板對接起來。使用包含最高至1重量％的碳和0－1.22重量％的鉻的焊接材料將所述熱軋鋼板的對接部分激光焊接起來。所述用來在連續(xù)生產(chǎn)法中焊接熱軋鋼板的激光焊接法保證對接部分的焊縫在微結(jié)構(gòu)上發(fā)生較少的硬化，從而確保了穩(wěn)定的焊接質(zhì)量。
文檔編號C21D9/50GK1990155SQ200610172004
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月26日
發(fā)明者禹仁秀, 樸浚植, 鄭譜永, 李鐘鳳, 金正吉 申請人:Posco公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan