CN103753023B - 热轧纳米强化钢板的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热轧纳米强化钢板的焊接方法，该焊接方法包括如下步骤：S1.对待焊接的两块热轧纳米强化钢板进行净化处理；S2.将S1中经过净化处理的两块热轧纳米强化钢板置于工作台上，并使两块钢板紧密接触，两块钢板之间的距离小于钢板厚度的10%；S3.在保护气体氛围下，利用激光器发射激光束对焊缝所在的焊接区域进行照射。本发明的焊接方法不使用高强度焊丝，有效地降低了生产成本。通过选择合适激光功率、扫描速度及离焦量，使得热轧纳米强化钢板焊接处的强度和韧性与母材持平，改善了利用传统焊接方法对700MPa级热轧纳米强化钢板焊接后焊接接头位置处出现强度和韧性骤降的问题。

Description

热轧纳米强化钢板的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种热轧纳米强化钢板的焊接方法。
背景技术
目前，节能减排是汽车产业发展中的一项关键性研究课题。目前，国内重载汽车产量占汽车总产量的30％，重载汽车车身材料70％为钢铁，其中车厢和大梁用钢材的屈服强度在350～450MPa之间，因而轻量化成为实现重载汽车节能减排最为快速有效的技术措施。
因此，新型热轧纳米强化钢（Nano-scale Precipitate Strengthened Steel，抗拉强度为700MPa）正是在这一背景下产生的新型材料。该材料充分利用纳米析出相(Nb,Ti)C的沉淀强化技术和抑制晶粒长大技术，具有良好的韧性及抗疲劳性能。目前，新型热轧纳米强化钢已在重载汽车制造领域得到应用，实现车身结构减重20％。此外，该材料的应用也可拓展到机械制造、军事装备制造、石油化工等领域。
新型热轧纳米强化钢精细微观组织及优异性能归因于其合理的化学成分体系及热机械控制工艺。但在采用熔化极活性气体保护焊方式对该材料进行连接时，焊缝两侧的母材因受到较大的热扰动而形成热影响区。该热影响区不但无法保留母材的精细微观组织且组织粗化明显，引起材料的韧性及抗疲劳性能发生骤降，最终导致采用该材料的零部件在使用过程中容易在焊接位置处发生失效。同时，上述热影响区还可导致产品服役安全性及使用寿命的降低。因此，提高热影响区综合力学性能，改善焊接接头品质，是促进新型热轧纳米强化钢推广应用的首要任务。
针对上述问题，传统方法有的采用优化电弧焊接工艺参数的方式，但是由于电弧焊接存在热输入量大的固有缺陷，导致改善微观组织及力学性能的效果有限；此外，有的采用氧化物冶金技术的方式，但是该方式不适合改善具有固定化学成分和工艺的新型热轧纳米强化钢的焊接性能。
因此，有必要提供一种改良的热轧纳米强化钢板的焊接方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了改良的热轧纳米强化钢板的焊接方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种热轧纳米强化钢板的焊接方法，其中所述热轧纳米强化钢板的抗拉强度为700MPa，所述焊接方法包括如下步骤：
S1.对待焊接的两块热轧纳米强化钢板进行净化处理；
S2.将S1中经过净化处理的两块热轧纳米强化钢板置于工作台上，并使两块钢板紧密接触，两块钢板之间的距离小于钢板厚度的10%；
S3.在保护气体氛围下，利用激光器发射激光束对焊缝所在的焊接区域进行照射，照射时，离焦量为-3～0mm，扫描速度为1000～1800mm/min，激光的功率为3.0～4.0kw。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中净化处理包括：利用角向磨光机将焊缝附近0～15mm区域表面氧化铁皮层去除，并用丙酮溶液对焊缝周侧进行清洗。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中利用夹具将两块钢板进行夹紧固定。
作为本发明的进一步改进，所述两块钢板之间的距离为毫米量级。
作为本发明的进一步改进，所述保护气为氩气，其自保护气管中输送出，所述保护气管与激光束之间的角度为30°～60°，所述氩气的流量为10～15L/min。
作为本发明的进一步改进，所述激光器为3.0～6.0kW的光纤激光器。
作为本发明的进一步改进，所述利用激光束照射焊缝所在焊接区域时，扫描次数为1次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法通过优化工艺参数、精确控制热作用区及区内的温度分布，控制激光功率、扫描速度及离焦量，能够相应获得低应力的焊接接头。
本发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法焊接效率高，焊接速度最高可达到1800mm/min，显著地高于传统的焊接方法的焊接速度。
此外，本发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法不使用高强度焊丝，有效地降低了生产成本。且焊接时，通过选择合适激光功率、扫描速度及离焦量，使得热轧纳米强化钢板焊接处的强度和韧性与母材持平，显著地改善了利用传统焊接方法对700MPa级热轧纳米强化钢板焊接后焊接接头位置处出现强度和韧性骤降的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法一具体实施方式的方法流程示意图；
图2为发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法中钢板焊接时的布置示意图；
图3为实施例1中编号1条件下两块轧纳米强化钢板焊接后的图片；
图4为实施例1中编号4条件下两块轧纳米强化钢板焊接后的图片；
图5为实施例1中编号6条件下两块轧纳米强化钢板焊接后的图片；
图6为对在编号1、4、6的相应条件下焊接的钢板进行拉伸测试的结果图片，其中矩形虚线线框突出显示了焊接位置，椭圆虚线框突出显示了断裂位置。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种热轧纳米强化钢板的焊接方法，其中该热轧纳米强化钢板的抗拉强度为700MPa，所述焊接方法包括如下步骤：
S1.对待焊接的两块热轧纳米强化钢板进行净化处理。
具体地，所述净化处理包括：利用角向磨光机将焊缝附近0～15mm区域表面氧化铁皮层去除，并用丙酮溶液对焊缝周侧进行清洗，以进一步去除油和其他污垢。
S2.将S1中经过净化处理的两块热轧纳米强化钢板置于工作台上，并使两块钢板紧密接触，两块钢板之间的距离小于钢板厚度的10%。
为了使两块钢板紧密接触，利用夹具将两块钢板进行夹紧固定。钢板位置固定后，两块待焊接的热轧纳米强化钢板相抵靠的边缘及其周围一定区域形成焊接区域。优选地，两块钢板之间的距离为毫米量级。
S3.在保护气体氛围下，利用激光器发射激光束对焊缝所在的焊接区域进行照射，照射时，离焦量为-3～0mm，扫描速度为1000～1800mm/min，激光的功率为3.0～4.0kw。
其中，所述保护气可以为氩气，也可以为其他惰性气体或不活泼气体。所述氩气自保护气管中输送出，且所述保护气管与激光束之间的角度为30°～60°，所述氩气的流量为10～15L/min。所述激光器为3.0～6.0kW的光纤激光器。此外，所述利用激光束照射焊缝所在焊接区域时，扫描次数为1次。从而本发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法具有较高的效率和焊接速度。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图2所示，首先对抗拉强度为700MPa的待焊接热轧纳米强化钢板的焊缝附近区域表面氧化铁皮层利用角向磨光机去除，然后用丙酮溶液对焊缝周侧进行清洗。将两块待焊接的热轧纳米强化钢板放置于工作台上，并用专用夹具将两者夹紧，其中，钢板尺寸的长×宽×厚为200×150×4.5mm。在流量为15L/min的100%氩气的保护下，利用激光器发射激光束沿两块待焊接的热轧纳米强化钢板的对接位置进行扫描，扫描过程中激光器的激光头不动，工作台沿X或Y方向作直线运动，完成焊接过程。其中，采用不同的激光频率、焊接速度、和离焦量对钢板进行焊接，焊接质量如下表1所示：
表1
其中，现以编号1、4、6中焊接结果为例，编号1所对应的焊接质量如图3所示，编号4所对应的焊接质量如图4所示，编号6所对应的焊接质量如图5所示。为了检测编号1、4、6中焊接的效果，对焊接在一起的热轧纳米强化钢板进行拉伸测试，拉伸测试结果如图6所示。
由图6可以看出，拉伸试验断裂位置出现在母材，而焊接位置则保持完好，该处母材指进行焊接的两块热轧纳米强化钢板。从而，经本发明的焊接方法焊接的两块热轧纳米强化钢板的焊接位置处具有较高的抗拉强度及冲击韧性。
与现有技术相比，本发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法通过优化工艺参数、精确控制热作用区及区内的温度分布，控制激光功率、扫描速度及离焦量，能够相应获得低应力的焊接接头。
本发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法焊接效率高，焊接速度最高可达到1800mm/min，显著地高于传统的焊接方法的焊接速度。
此外，本发明的热轧纳米强化钢板的焊接方法不使用高强度焊丝，有效地降低了生产成本。且焊接时，通过选择合适激光功率、扫描速度及离焦量，使得热轧纳米强化钢板焊接处的强度和韧性与母材持平，显著地改善了利用传统焊接方法对700MPa级热轧纳米强化钢板焊接后焊接接头位置处出现强度和韧性骤降的问题。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种热轧纳米强化钢板的焊接方法，所述热轧纳米强化钢板的抗拉强度为700MPa，其特征在于，所述焊接方法包括如下步骤：
S1.对待焊接的两块热轧纳米强化钢板进行净化处理；
S2.将S1中经过净化处理的两块热轧纳米强化钢板置于工作台上，并使两块钢板之间的距离小于钢板厚度的10％；
S3.在保护气体氛围下，利用激光器发射激光束对焊缝所在的焊接区域进行照射，照射时，离焦量为-3～0mm，扫描速度为1000～1800mm/min，激光的功率为3.0～4.0kw，保护气体为氩气，扫描过程中激光器的激光头不动，工作台作直线运动，完成焊接过程。
2.根据权利要求1所述的热轧纳米强化钢板的焊接方法，其特征在于，所述步骤S1中净化处理包括：利用角向磨光机将焊缝附近0～15mm区域表面氧化铁皮层去除，并用丙酮溶液对焊缝周侧进行清洗。
3.根据权利要求1所述的热轧纳米强化钢板的焊接方法，其特征在于，所述步骤S2中利用夹具将两块钢板进行夹紧固定。
4.根据权利要求1所述的热轧纳米强化钢板的焊接方法，其特征在于，所述两块钢板之间的距离为毫米量级。
5.根据权利要求1所述的热轧纳米强化钢板的焊接方法，其特征在于，所述保护气为氩气时，其自保护气管中输送出，所述保护气管与激光束之间的角度为30°～60°，所述氩气的流量为10～15L/min。
6.根据权利要求1所述的热轧纳米强化钢板的焊接方法，其特征在于，所述激光器为3.0～6.0kW的光纤激光器。
7.根据权利要求1所述的热轧纳米强化钢板的焊接方法，其特征在于，所述利用激光束照射焊缝所在焊接区域时，扫描次数为1次。
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