CN102825388B - 抗拉强度≥450MPa级含磷高强钢钢带对焊方法及焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊方法及其焊接装置，该焊接方法为：将两相同含磷高强钢钢带精剪后的端面彼此对接；运用一对平整辊在两钢带板厚方向上对对接部分施加压力以对焊缝进行整形；采用一对加热器与平整辊同步移动对平整辊压过的钢带部分进行加热；激光器随平整辊及加热器同步移动，将两钢带的对接部分对焊到一起；在激光器移动的过程中，采用另一对加热器及平整辊对两钢带的焊接接头进行整形；该焊接装置，包括激光器，在激光器的两侧分别设有加热器及平整辊，且加热器设于激光器及平整辊之间；本发明能使焊接接头内的微合金元素磷得到充分扩散，进而焊接接头韧性良好，能保证钢带在高张力作用下反复弯曲时不断带。<!--1-->

Description

抗拉强度≥450MPa级含磷高强钢钢带对焊方法及焊接装置

技术领域

本发明涉及含磷高强板焊接技术，具体涉及抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊方法及焊接装置。

背景技术

在钢铁工业生产的流水线中，为提高生产效率而经常连续的供给钢带。为保证钢带在流水线上能够连续处理，需要在该连续流水线的上游工序中，将钢带与钢带连接起来而不间断地将钢带供应到流水线上连续生产。

一些高强钢的生产中，采用电阻焊接技术来连接钢带，焊接过程周期长，容易产生咬边、气孔和熔合不良等缺陷，降低了焊接接头质量，使钢带在生产流水线上容易发生断带事故，影响了生产效率。采用激光焊接的方法连接钢带，焊接速度快，焊接接头不容易产生气孔和熔合不良等缺陷，在生产流水线上不易断带，可提高流水线生产效率。

针对钢的焊接方法，申请人为日本住友金属工业株式会社，公开号为CN101610872A，公开日为2009年12月23日，名称为“钢板的激光焊接方法和激光焊接装置”的发明专利；提供了一种能够降低被焊接件焊接部的形状不良，能得到足够的接合强度的钢板的激光焊接方法和激光焊接装置；根据该专利公开的内容，只说明了可以用激光焊接方法来连接两个钢带，该焊接方法无法应用在450Mpa级含磷高强钢的对焊焊接中。

申请人为日本酸素株式会社，公开号为CN1608787A，公开日期为2005年4月27日，名称为“钢板的激光焊接方法以及复合板材”的发明专利，提供了一种钢板的激光焊接方法；该专利主要讲述了激光焊接方法中的保护气含量及种类，未涉及激光焊接的其它工艺参数，无法具体实现450Mpa级含磷高强钢的对焊焊接。

申请人为贵州大学，公开号为CN101284334A，公开日为2008年10月15日，名称为“激光焊接在超高强度钢焊接中的应用及焊接方法”的发明专利，公开了激光焊接在超高强度钢焊接中的应用及焊接方法；但该专利中对被焊接件的边部质量要求较高，而且只能焊接厚度为1mm的超高强度钢。

在钢卷生产流水线上，采用激光焊接的方法将抗拉强度≥450MPa级的含磷高强钢带连接起来保证连续生产；由于该钢种含磷相对较高，而且强度高，不恰当的激光焊接工艺容易使合金元素磷在焊接接头偏聚，导致焊接接头韧性较差；进而使带焊缝的钢带供给到后续的连续流水线上，在高张力作用下进行反复弯曲时，该钢带容易在焊接接头处开裂而引起钢卷断带事故。因此，在含磷高强钢的生产过程中，需要一种合适的焊接工艺能够提高焊接接头质量，保证钢带的连续生产。

发明内容

发明的目的在于提供一种能够保证钢带焊接接头韧性，钢带在高张力作用下反复弯曲时在焊接接头处不断带，保证流水线的正常生产的抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊方法及焊接装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊方法，其中抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带的成分配比，按重量百分比为：C≤0.008%；Si：0.10~0.70%；Mn：0.1%~1.0%；P：0.01~0.10%；S≤0.03%；Al：0.01%~0.05%；Ti：0.01~0.10%；Nb：0.01~0.10%；N≤0.005%；B：0.0004~0.0050%，余量为Fe及附带的杂质；抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊方法，具体为；

将两相同抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带精剪后的端面彼此间对接；

运用一对平整辊在两钢带板厚方向上对两钢带对接部分施加压力以对对接部分进行整形，在钢带板厚方向的两侧上各设一平整辊，一对平整辊从一钢带上移动到两钢带对接部分后，再移动到另一钢带上；在平整辊移动的同时，采用一对加热器对两钢带板厚方向的两侧进行加热，在钢带板厚方向的两侧上各设有一加热器对两钢带对接部分进行加热，加热器与平整辊同步移动，并对平整辊压过的钢带部分两侧进行加热；

激光器随平整辊及加热器同步移动，激光器移动到两钢带的对接部分时，产生激光束对两钢带对接部分进行照射，使两钢带对接处金属熔化后对焊到一起；

在激光器移动的过程中，同样采用另一加热器对两钢带的焊接接头进行加热，在激光器移动的过程中，另一对加热器紧跟着激光器同步移动并对焊接接头两侧进行加热；在另一对加热器移动的同时，另一对平整辊跟随加热器同步移动，并对两钢带的焊接接头在两钢带板厚方向上施加压力以对焊缝进行整形，完成两钢带对焊焊接。

激光器的输入功率为10~12Kw，激光器焊接速度为6~7m/min；激光器焊接采用氩气作为保护气；激光器激光束的焦点控制在钢带上表面以下0.2mm处；两钢带对焊焊接时在钢带流水线上完成，两钢带对接部分的间隙需控制在一定范围，具体为两钢带靠近焊接工操作一侧的间隙≤0.20mm，两钢带靠近机器传动一侧的间隙≤0.15mm。

在两相同抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带激光焊接过程中，各使用一对平整辊在两钢带板厚方向上对对接部分施加一定的压力以对焊缝进行整形，其中激光器焊前平整辊对两钢带对接部分施加的压力为18~20KN，激光器焊接完成后平整辊对两钢带对接部分施压的压力为14~16KN。

为保证抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带磷在焊接接头内充分扩散，焊接过程中各采用一对高频感应加热器对两相同抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对接部分进行加热，激光器焊前加热器对两钢带对接部分加热的功率范围为16~18Kw；激光器焊接完成后加热器对两钢带对接部分加热的功率范围为22~27KW。

所述加热器为高频感应加热器。

所述抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊的焊接装置，包括激光器，在所述激光器的两侧分别设有加热器及平整辊，且所述加热器设于激光器及平整辊之间。

所述加热器及平整辊成对设置，且加热器及平整辊均对称分布在钢带板厚方向的两侧上。

所述加热器为高频感应加热器。

在所述激光器的焊接头两侧分别设有用于提供焊接用保护器的气嘴。

所述抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢对焊方法及焊接装置，采用的技术方案，具有以下优点：

所述抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢对焊方法，通过对激光器功率、焊接速度、焊接间隙、平整压力、加热功率等参数的控制，使得焊接接头内的微合金元素磷能得到充分扩散，进而使得焊接接头韧性良好；该抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带的Ceq≤0.45%，根据实际生产的需求，用激光焊接方法对厚度为4.8mm的抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢带进行对接焊接，焊接完成后焊接接头部位的屈服强度Rel≥340Mpa，抗拉强度Rm≥450Mpa，延伸率A≥30%；对焊接接头进行拉伸试验断在母材；所述抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢对焊的焊接装置，用于实现抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带的对焊焊接，能够保证两钢带对焊焊接接头的韧性；本发明能保证钢带在高张力作用下反复弯曲时不断带，保证了流水线的连续正常生产；同时本发明提供的激光焊接方法及焊接装置，不仅可用于抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢带的连接，还可以用于同等厚度和强度级别含磷高强钢结构件的焊接，其应用范围广泛。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢对焊的焊接装置；

上述图中的标记均为：

1、平整辊，2、加热器，3、激光器，4、气嘴，5、钢带。

具体实施方式

下面通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例一

含磷高强钢钢带对焊焊接方法，其中含磷高强钢钢带的成分配比，按重量百分比为：C：0.003%；Si：0.32%；Mn：0.56%；P：0.019%；S：0.021%；Al：0.05%；Ti：0.03%；Nb：0.02%；N：0.003%；B：0.0004%，余量为Fe及附带的杂质；该含磷高强钢钢带屈服强度为360MPa，抗拉强度为460MPa，延伸率A为35%；

该含磷高强钢钢带对焊焊接方法，具体为；

将两相同含磷高强钢钢带精剪后的端面彼此间对接，两钢带对接部分的间隙为靠近焊接工操作一侧的间隙0.15mm，靠近机器传动一侧的间隙0.14mm；；

运用一对平整辊在两钢带板厚方向两侧施加15KN压力以对两钢带对接部分进行整形，平整辊从一钢带上移动到两钢带对接部分后，再移动到另一钢带上；在平整辊移动的同时，采用一对高频感应加热器对两钢带板厚方向两侧进行加热，高频感应加热器加热功率为17.6KW，高频感应加热器与平整辊同步移动，并对平整辊压过的钢带部分进行加热；

激光器焊接，激光器的输入功率为11.4Kw，焊接速度为6.5m/min；激光焊接采用保护气为氩气；激光束的焦点控制在钢带上表面以下0.2mm处；激光器随平整辊及高频感应加热器同步移动，激光器移动到两钢带的对接部分时，激光器产生激光束对两钢带对接部分进行照射，使两钢带对接处金属熔化后对焊到一起；

在激光器移动的过程中，采用另一高频感应加热器对两钢带的焊接接头进行加热，高频感应加热器加热功率为22KW，在激光器移动的过程中，另一对高频感应加热器紧跟着激光器同步移动并对焊接接头两侧进行加热；在另一对高频感应加热器移动的同时，另一对平整辊跟随高频感应加热器同步移动，并对两钢带的焊接接头在两钢带板厚方向上施加15KN压力以对焊缝进行整形，完成两钢带对焊焊接。

两相同含磷高强钢钢带焊接后，对焊接接头进行测试，焊接接头韧性良好；焊接接头屈服强度为350MPa，抗拉强度为455MPa，延伸率A为32%，对焊接接头进行拉伸试验断在母材。

实施例二

含磷高强钢钢带对焊焊接方法，其中含磷高强钢钢带的成分配比，按重量百分比为：C：0.002%；Si：0.29%；Mn：0.55%；P：0.014%；S：0.019%；Al：0.026%；Ti：0.03%；Nb：0.02%；N：0.004%；B：0.002%，余量为Fe及附带的杂质；该含磷高强钢钢带屈服强度为340MPa，抗拉强度为450MPa，延伸率A为33%；

该含磷高强钢钢带对焊焊接方法，具体为；

将两相同含磷高强钢钢带精剪后的端面彼此间对接，两钢带对接部分的间隙为靠近焊接工操作一侧的间隙0.15mm，靠近机器传动一侧的间隙0.14mm；；

运用一对平整辊在两钢带板厚方向两侧施加15KN压力以对两钢带对接部分进行整形，平整辊从一钢带上移动到两钢带对接部分后，再移动到另一钢带上；在平整辊移动的同时，采用一对高频感应加热器对两钢带板厚方向两侧进行加热，高频感应加热器加热功率为17.6KW，高频感应加热器与平整辊同步移动，并对平整辊压过的钢带部分进行加热；

激光器焊接，激光器的输入功率为11.4Kw，焊接速度为6.5m/min；激光焊接采用保护气为氩气；激光束的焦点控制在钢带上表面以下0.2mm处；激光器随平整辊及高频感应加热器同步移动，激光器移动到两钢带的对接部分时，激光器产生激光束对两钢带对接部分进行照射，使两钢带对接处金属熔化后对焊到一起；

在激光器移动的过程中，采用另一高频感应加热器对两钢带的焊接接头进行加热，高频感应加热器加热功率为24.2KW，在激光器移动的过程中，另一对高频感应加热器紧跟着激光器同步移动并对焊接接头两侧进行加热；在另一对高频感应加热器移动的同时，另一对平整辊跟随高频感应加热器同步移动，并对两钢带的焊接接头在两钢带板厚方向上施加15KN压力以对焊缝进行整形，完成两钢带对焊焊接。

两相同含磷高强钢钢带焊接后，对焊接接头进行测试，焊接接头韧性良好；焊接接头屈服强度为345MPa，抗拉强度为455MPa，延伸率A为34%，对焊接接头进行拉伸试验断在母材。

实施例三

含磷高强钢钢带对焊焊接方法，其中含磷高强钢钢带的成分配比，按重量百分比为：C：0.003%；Si：0.29%；Mn：0.52%；P：0.015%；S：0.019%；Al：0.040%；Ti：0.03%；Nb：0.02%；N：0.005%；B：0.005%，余量为Fe及附带的杂质；该含磷高强钢钢带屈服强度为355MPa，抗拉强度为455MPa，延伸率A为31%；

该含磷高强钢钢带对焊焊接方法，具体为；

将两相同含磷高强钢钢带精剪后的端面彼此间对接，两钢带对接部分的间隙为靠近焊接工操作一侧的间隙0.15mm，靠近机器传动一侧的间隙0.14mm；；

运用一对平整辊在两钢带板厚方向两侧施加15KN压力以对两钢带对接部分进行整形，平整辊从一钢带上移动到两钢带对接部分后，再移动到另一钢带上；在平整辊移动的同时，采用一对高频感应加热器对两钢带对接部分两侧进行加热，高频感应加热器加热功率为17.6KW，高频感应加热器与平整辊同步移动，并对平整辊压过的钢带部分进行加热；

激光器焊接，激光器的输入功率为11.4Kw，焊接速度为6.5m/min；激光焊接采用保护气为氩气；激光束的焦点控制在钢带上表面以下0.2mm处；激光器随平整辊及高频感应加热器同步移动，激光器移动到两钢带的对接部分时，激光器产生激光束对两钢带对接部分进行照射，使两钢带对接处金属熔化后对焊到一起；

在激光器移动的过程中，采用另一高频感应加热器对两钢带的焊接接头进行加热，高频感应加热器加热功率为26.4KW，在激光器移动的过程中，另一对高频感应加热器紧跟着激光器同步移动并对焊接接头两侧进行加热；在另一对高频感应加热器移动的同时，另一对平整辊跟随高频感应加热器同步移动，并对两钢带的焊接接头在两钢带板厚方向上施加15KN压力以对焊缝进行整形，完成两钢带对焊焊接。

两相同含磷高强钢钢带焊接后，对焊接接头进行测试，焊接接头韧性良好；焊接接头屈服强度为360MPa，抗拉强度为450MPa，延伸率A为33%，对焊接接头进行拉伸试验断在母材。

实施例四

含磷高强钢钢带对焊焊接方法，其中含磷高强钢钢带的成分配比，按重量百分比为：C：0.008%；Si：0.70%；Mn：1.0%；P：0.08%；S：0.020%；Al：0.050%；Ti：0.10%；Nb：0.01%；N：0.004%；B：0.0009%，余量为Fe及附带的杂质；该含磷高强钢钢带屈服强度为345MPa，抗拉强度为455MPa，延伸率A为30%；

该含磷高强钢钢带对焊焊接方法，具体为；

将两相同含磷高强钢钢带精剪后的端面彼此间对接，两钢带对接部分的间隙为靠近焊接工操作一侧的间隙0.18mm，靠近机器传动一侧的间隙0.12mm；；

运用一对平整辊在两钢带板厚方向两侧上施加18KN压力以对两钢带对接部分进行整形，平整辊从一钢带上移动到两钢带对接部分后，再移动到另一钢带上；在平整辊移动的同时，采用一对高频感应加热器对两钢带对接部分两侧进行加热，高频感应加热器加热功率为18KW，高频感应加热器与平整辊同步移动，并对平整辊压过的钢带部分进行加热；

激光器焊接，激光器的输入功率为10Kw，焊接速度为6m/min；激光焊接采用保护气为氩气；激光束的焦点控制在钢带上表面以下0.2mm处；激光器随平整辊及高频感应加热器同步移动，激光器移动到两钢带的对接部分时，激光器产生激光束对两钢带对接部分进行照射，使两钢带对接处金属熔化后对焊到一起；

在激光器移动的过程中，采用另一高频感应加热器对两钢带的焊接接头进行加热，高频感应加热器加热功率为22KW，在激光器移动的过程中，另一对高频感应加热器紧跟着激光器同步移动并对焊接接头两侧进行加热；在另一对高频感应加热器移动的同时，另一对平整辊跟随高频感应加热器同步移动，并对两钢带的焊接接头在两钢带板厚方向上施加14KN压力以对焊缝进行整形，完成两钢带对焊焊接。

两相同含磷高强钢钢带焊接后，对焊接接头进行测试，焊接接头韧性良好；焊接接头屈服强度为357MPa，抗拉强度为452MPa，延伸率A为31%，对焊接接头进行拉伸试验断在母材。

实施例五

含磷高强钢钢带对焊焊接方法，其中含磷高强钢钢带的成分配比，按重量百分比为：C：0.006%；Si：0.10%；Mn：1.0%；P：0.10%；S：0.015%；Al：0.01%；Ti：0.01%；Nb：0.10%；N：0.002%；B：0.0004%，余量为Fe及附带的杂质；该含磷高强钢钢带屈服强度为365MPa，抗拉强度为468MPa，延伸率A为36%；

该含磷高强钢钢带对焊焊接方法，具体为；

将两相同含磷高强钢钢带精剪后的端面彼此间对接，两钢带对接部分的间隙为靠近焊接工操作一侧的间隙0.20mm，靠近机器传动一侧的间隙0.15mm；；

运用一对平整辊在两钢带板厚方向两侧上施加20KN压力以对两钢带对接部分进行整形，平整辊从一钢带上移动到两钢带对接部分后，再移动到另一钢带上；在平整辊移动的同时，采用一对高频感应加热器对两钢带对接部分两侧进行加热，高频感应加热器加热功率为16KW，高频感应加热器与平整辊一起移动，并对平整辊压过的钢带部分进行加热；

激光器焊接，激光器的输入功率为12Kw，焊接速度为7m/min；激光焊接采用保护气为氩气；激光束的焦点控制在钢带上表面以下0.2mm处；激光器随平整辊及高频感应加热器一起移动，激光器移动到两钢带的对接部分时，激光器产生激光束对两钢带对接部分进行照射，使两钢带对接处金属熔化后对焊到一起；

在激光器移动的过程中，采用另一高频感应加热器对两钢带的焊接接头进行加热，高频感应加热器加热功率为27KW，在激光器移动的过程中，另一对高频感应加热器紧跟着激光器移动并对焊接接头两侧进行加热；在另一对高频感应加热器移动的同时，另一对平整辊跟随高频感应加热器移动，并对两钢带的焊接接头在两钢带板厚方向上施加16KN压力以对焊缝进行整形，完成两钢带对焊焊接。

两相同含磷高强钢钢带焊接后，对焊接接头进行测试，焊接接头韧性良好；焊接接头屈服强度为357MPa，抗拉强度为458MPa，延伸率A为31%，对焊接接头进行拉伸试验断在母材。

如图1所示，所述抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊的焊接装置，包括激光器3，在激光器3的两侧分别设有加热器2及平整辊1，且加热器2设于激光器3及平整辊1之间。

加热器2及平整辊1成对设置，且加热器2及平整辊1均对称分布在钢带5板厚方向的两侧上。

加热器2为高频感应加热器。

在激光器3的焊接头两侧分别设有用于提供焊接用保护器的气嘴4。

所述抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊的焊接装置，用于实现抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊焊接，高频感应加热器及平整辊分布在钢带厚度方向两侧上，高频感应加热器及平整辊移动的同时，激光器同步移动；含磷高强钢钢带对焊焊接时，位于激光器一侧的平整辊移动在钢带厚度方向施加压力，位于激光器同一侧的高频感应加热器同步移动对钢带厚度方向两侧进行加热，激光器同步移动，激光器移动到两钢带对接部分时开始产生激光焊接，激光器移动过程中，位于激光器另一侧的高频感应加热器同步移动对两钢带焊接接头部分加热，位于激光器另一侧的平整辊同步移动对两钢带焊接接头施加压力；在抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊的焊接装置的作用下，焊接接头内的微合金元素磷能够得到充分扩散，进而使得焊接接头韧性良好；该抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带的Ceq≤0.45%，根据实际生产的需求，使用该焊接装置实现的激光焊接方法对厚度为4.8mm的抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢带进行对接焊接，焊接完成后焊接接头部位的屈服强度Rel≥340Mpa，抗拉强度Rm≥450Mpa，延伸率A≥30%；对焊接接头进行拉伸试验断在母材。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊方法，其特征在于：具体为；

将两相同抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带精剪后的端面彼此对接；两钢带对接部分的间隙为：两钢带靠近焊接工操作一侧的间隙≤0.20mm，两钢带靠近机器传动一侧的间隙≤0.15mm；

运用一对平整辊在两钢带板厚方向上对两钢带对接部分施加压力以对对接部分进行整形，在钢带板厚方向的两侧上各设一平整辊，一对平整辊从一钢带上移动到两钢带对接部分后，再移动到另一钢带上；在平整辊移动的同时，采用一对加热器与平整辊同步移动，对平整辊压过的钢带部分两侧进行加热；所述加热器为高频感应加热器；

激光器随平整辊及加热器同步移动，激光器移动到两钢带的对接部分时，产生激光束对两钢带对接部分进行照射，使两钢带对接处金属熔化后对焊到一起；激光器的输入功率为10～12Kw，激光器焊接速度为6～7m/min；激光器焊接时采用氩气作为保护气；激光器激光束的焦点控制在钢带上表面以下0.2mm处；

在激光器移动的过程中，采用另一对加热器紧跟激光器同步移动并对焊接接头两侧进行加热；在另一对加热器移动的同时，另一对平整辊跟随加热器同步移动，并对两钢带的焊接接头在两钢带板厚方向上施加压力以对焊缝进行整形，完成两钢带对焊焊接；

抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带的成分配比，按重量百分比为：C≤0.008％；Si：0.10～0.70％；Mn：0.1％～1.0％；P：0.01～0.10％；S≤0.03％；Al：0.01％～0.05％；Ti：0.01～0.10％；Nb：0.01～0.10％；N≤0.005％；B：0.0004～0.0050％，余量为Fe及附带的杂质；

激光器焊前平整辊对两钢带对接部分施加的压力为18～20KN，激光器焊接完成后平整辊对两钢带对接部分施压的压力为14～16KN。

2.按照权利要求1所述的抗拉强度≥450Mpa级含磷高强钢钢带对焊方法，其特征在于：激光器焊前加热器对两钢带对接部分加热的功率范围为16～18Kw；激光器焊接完成后加热器对两钢带对接部分加热的功率范围为22～27KW。