一種中厚超高強鋼板激光-mag焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中厚超高強鋼板激光-MAG焊接方法，屬于材料加工工程領域。
【背景技術】
[0002]隨著航空工業(yè)的發(fā)展，普通結構鋼已經(jīng)不能滿足重要構件的需要，超高強度鋼應運而生。通常超高強度鋼的抗拉強度高于1400MPa，韌性較好，綜合性能突出。近年來，超高強鋼，尤其是超高強中厚板(厚度>8_)在航天航空及武器領域應用越來越廣泛。超高強度鋼焊接的主要問題包括:冷裂紋、熱影響區(qū)脆化及軟化。冷裂紋的產(chǎn)生主要是其淬硬傾向很大，焊接拉應力及擴散氫的作用。
[0003]而針對中厚超高強度鋼板的焊接，目前多采用TIG焊或真空電子束焊，但通常需要焊前預熱和焊后熱處理，以達到避免冷裂紋、強度適當高以及韌性良好的目標。但TIG焊接效率低，需要多層焊，焊接變形大；電子束焊接本身成本較高，且需要真空焊接環(huán)境，也極大的限制了中厚超高強鋼板的應用。
[0004]激光_電弧復合焊接是在上世紀70年代末期，由英國學者W.M.Steen最先提出并進行試驗的。它將激光和電弧兩種熱源相結合，克服單熱源的不足，從而獲得增大能量利用率、提高焊接過程穩(wěn)定性的效果。采用激光-電弧復合熱源焊接，具有焊接速度快、焊縫熔深大、熱輸入低、變形小等優(yōu)點，從而達到低成本、高效率、高適應性的效果。目前已有將激光-MAG復合焊接技術應用于超高強中厚板焊接的報道，專利201210039761公開了一種用于厚板高強或超高強鋼拼焊的激光-MG復合焊接方法，其實現(xiàn)了高強鋼板的高速焊接，但焊前需要預熱，增加了焊接的總體時間，專利200810223741.0公開了一種高強或超高強鋼激光一電弧復合熱源焊接方法，解決了焊前預熱的問題，但其焊接速度受到了限制。
[0005]目前，采用激光-MAG電弧復合焊接中厚高強鋼板(厚度>8_)存在以下一些問題:
[0006](I)當采用激光-MAG只進行一次焊接時，對復合焊接一次焊透深度要求較大，激光功率的需求較高，增大了激光器的成本，且當激光功率很大時，激光等離子體的反作用力會嚴重阻礙MAG熔滴過渡，造成MAG熔滴過渡困難，熔滴過渡不穩(wěn)；
[0007](2)當采用激光-MG復合焊接進行打底焊接，再采用MAG焊進行填充焊接時則增加了焊接的整體時間；

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對激光-MAG復合焊接中厚超高強鋼板存在的問題，提出一種新方法一中厚超高強鋼板激光-MAG復合焊接方法。
[0009]本發(fā)明的一種中厚超高強鋼板激光-MAG焊接方法，其它是按照以下步驟進行的:
[0010]一、焊接前，將待焊工件的待焊接部位加工成雙V型坡口、雙u型坡口、雙Y型坡口或帶鈍邊雙U型坡口，并對加工后的雙面坡口及兩側表面進行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0011]二、將激光頭與MAG焊槍剛性固定；
[0012]三、設置焊接工藝參數(shù):
[0013]打底焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為3000?5000W，電弧電流為100?200A，激光電弧間距為5?6mm，焊接速度為50?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為 30 ?40L/min ；
[0014]填充焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為400?700W，電弧電流為200?400A，激光電弧間距為2?3mm，焊接速度為50?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為20 ?30L/min ；
[0015]四、采用機器人集成系統(tǒng)控制焊接工藝參數(shù)，首先MAG電弧起弧，在電弧穩(wěn)定I?2S后，然后激光器控制發(fā)出激光，最后控制機器人使得激光工作頭和MAG焊槍共同運動完成焊接過程。
[0016]本發(fā)明旨在焊接中厚高強鋼板，采用激光-MAG焊接的方法，進行打底焊與填充焊兩層焊接得到符合要求的焊縫，其示意圖如圖1所示。
[0017]在打底焊中，采用激光-MAG雙熱源復合焊接，相比于一般激光-MAG復合焊接主要有以下兩個特點:一.激光與MAG電弧間距離d應大于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與電弧的耦合作用，提高焊接過程的穩(wěn)定性，降低激光等離子體的反作用力對于MAG熔滴過渡的阻礙作用，促進熔滴過渡，另一方面，其擴大了熔池的面積，降低了熔池的冷卻速度，增加了冷卻時間，降低了高強鋼焊接時的裂紋傾向；二.MAG保護氣流量大于35L/min，大保護氣流量一方面可最大程度吹散激光等離子體，減少等離子體對于激光功率的損耗，在相等的激光功率下獲得最大的焊接熔深，另一方面，大保護氣流量可以促進MAG熔滴過渡，使焊接過程保持射流或射滴過渡模式，焊接過程穩(wěn)定。
[0018]在填充焊中，采用激光輔助MAG焊接的方法，能夠保持復合焊接頭不變，但減小激光電弧間距離，減小保護氣流量，并降低激光功率至小于800W，此時，激光在焊接過程中并不形成匙孔，焊接過程由MAG起主導作用，激光的作用在于以下三個方面:一.對工件進行一定程度的預熱，減小焊接缺陷產(chǎn)生的可能性，二.通過激光對MAG電弧的吸引和穩(wěn)定作用，使即使在填充焊，MAG電流很大時，也能保持良好的焊接穩(wěn)定性；三.由于電弧弧柱被壓縮，致使電弧能量更加集中。另外由于激光光致等離子體的熱輻射作用，使得熔滴的表面張力系數(shù)減小，可以使表面張力減小，從而更加有利于熔滴的細化，促進了熔滴的過渡。
[0019]本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的激光-MAG高強鋼中厚板焊接主要有以下幾點優(yōu)勢:
[0020]1、兩層焊接，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，且通過兩層焊接整體降低了熱輸入，降低了缺陷出現(xiàn)的可能性；
[0021 ] 2、增大光絲間距，在打底焊中增加了熔池的停留時間，增大保護氣流量，盡可能的利用了激光能量；
[0022]3、在填充焊中采用激光輔助MAG焊接，即提高了焊接質(zhì)量又減小了更換MAG焊槍的時間。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的激光-MAG焊接示意圖；
[0024]圖2為實施例1進行打底焊接時的焊縫正面形貌電鏡圖；
[0025]圖3為實施例1進行打底焊接時的焊縫反面形貌電鏡圖；
[0026]圖4為實施例1進行打底焊接時的焊縫截面金相形貌圖；
[0027]圖5為實施例1進行填充焊接時的焊縫正面形貌電鏡圖；
[0028]圖6為實施例1進行填充焊接時的焊縫截面金相形貌圖；
[0029]圖7為實施例2激光-MAG復合焊接一次焊接1mm厚D406A超高強鋼時的焊縫正面形貌電鏡圖；
[0030]圖8為實施例2激光-MAG復合焊接一次焊接1mm厚D406A超高強鋼時的焊縫反面形貌電鏡圖；
[0031 ] 圖9為實施例2激光-MAG復合焊接一次焊接1mm厚D406A超高強鋼時的焊縫截面金相形貌圖。
【具體實施方式】
[0032]【具體實施方式】一:本實施方式的一種中厚超高強鋼板激光-MAG焊接方法，其它是按照以下步驟進行的:
[0033]—、焊接前，將待焊工件的待焊接部位加工成雙V型坡口、雙u型坡口、雙Y型坡口或帶鈍邊雙U型坡口，并對加工后的雙面坡口及兩側表面進行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0034]二、將激光頭與MAG焊槍剛性固定；
[0035]三、設置焊接工藝參數(shù):
[0036]打底焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為3000?5000W，電弧電流為100?200A，激光電弧間距為5?6mm，焊接速度為50?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為 30 ?40L/min ；
[0037]填充焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為400?700W，電弧電流為200?400A，激光電弧間距為2?3mm，焊接速度為50?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為20 ?30L/min ；
[0038]五、采用機器人集成系統(tǒng)控制焊接工藝參數(shù)，首先MAG電弧起弧，在電弧穩(wěn)定I?2S后，然后激光器控制發(fā)出激光，最后控制機器人使得激光工作頭和MAG焊槍共同運動完成焊接過程。
[0039]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:激光器為CO2氣體激光器、YAG固體激光器或半導體激光器。其它與【具體實施方式】一相同。
[0040]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:MAG采用FroniusTPS4000型MAG電弧焊機和光纖激光-MAG復合焊接頭器。其它與【具體實施方式】一相同。
[0041]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:設置焊接工藝參數(shù):
[0042]打底焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為4000?5000W，電弧電流為120?200A，激光電弧間距為5?6mm，焊接速度為100?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為 30 ?40L/min ；
[0043]填充焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為500?700W，電弧電流為250?400A，激光電弧間距為2?3mm，焊接速度為100?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為20?30L/min。其它與【具體實施方式】一相同。
[0044]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:設置焊接工藝參數(shù):
[0045]打底焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為4000?5000W，電弧電流為150?200A，激光電弧間距為5?6mm，焊接速度為200?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為 30 ?40L/min ；
[0046]填充焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為500?700W，電弧電流為300?400A，激光電弧間距為2?3mm，焊接速度為200?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為20?30L/min。其它與【具體實施方式】一相同。
[0047]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:設置焊接工藝參數(shù):
[0048]打底焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為4000?5000W，電弧電流為180?200A，激光電弧間距為5?6mm，焊接速度為300?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為 30 ?40L/min ；
[0049]填充焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為600?700W，電弧電流為350?400A，激光電弧間距為2?3mm，焊接速度為300?500mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為20?30L/min。其它與【具體實施方式】一相同。
[0050]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:設置焊接工藝參數(shù):
[0051]打底焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為4500W，電弧電流為200A，激光電弧間距為5?6mm，焊接速度為400mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為30?40L/min ；
[0052]填充焊:離焦量為-3?+ 3mm，激光功率為500W，電弧電流為350A，激光電弧間距為2?3mm，焊接速度為400mm/min，保護氣采用Ar氣，保護氣流量為20?30L/min。其它與【具體實施方式】一相同。
[0053]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:設置焊