CN105033455B - 一种钢/铌激光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢/铌激光焊接方法，属于异种金属焊接领域，用于解决现有钢/铌焊接方法接头强度低、工艺复杂的问题。该方法首先将钢板与铌板水平对接放置，组成待焊件。然后将待焊件在两端夹紧固定，采用偏束焊接工艺进行焊接，即将激光束的光斑中心从钢/铌对接面处偏向钢一侧进行焊接。本发明工艺简单、生产效率高，是一种很有发展潜力的新型钢/铌焊接方法。本发明适用于钢与铌或铌合金的焊接。

Description

一种钢/铌激光焊接方法
技术领域
本发明属于异种金属焊接领域，具体涉及一种钢/铌激光焊接方法。
背景技术
钢/铌复合焊接结构可以提高航空发动机工作温度、减轻其重量，使航空发动机具有更高的推重比，在航空航天领域具有广阔的应用前景。但是铌是一种活泼金属，与大多数金属焊接时，接头中极易生成大量连续分布的脆性金属间化合物。而热物理性能的差异又导致接头产生较大的热应力。上述两方面因素综合在一起，使接头强度显著降低，甚至在焊后即产生裂纹。目前普遍采用预置中间层的方法提高接头强度。但是该方法对接头强度的提高作用有限，且工艺复杂，生产效率低。因此开发出一种焊接质量高、工艺简单的钢/铌焊接方法就具有重要的现实意义和工程应用价值。
发明内容
发明目的：为了解决现有钢/铌焊接方法接头强度低、工艺复杂的问题，本发明提供一种钢/铌激光焊接方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明的钢/铌激光焊接方法包括如下步骤：
(1)将待焊接钢板与铌板水平对接放置，组成待焊件；将待焊件在两端夹紧固定，使钢/铌对接面的间隙小于0.15mm；
(2)采用偏束焊接工艺进行焊接，即将激光束的光斑中心从钢/铌对接面处偏向钢一侧进行焊接；焊接主保护气为氩气，保护气流量为10L/min～13L/min，背保护气也为氩气，保护气流量为8L/min～10L/min。
优选地，步骤(1)中，所述的钢板与铌板的厚度均为2mm～3mm。
步骤(2)中，所述偏束焊接工艺的偏束距离da＝0.2mm～0.5mm。在本发明中，所述偏束距离的含义为激光束偏离钢/铌对接面偏向钢的距离。
优选地，步骤(2)中，偏束焊接工艺的焊接参数为：激光功率P＝2kW～3kW，焊接速度v＝1.2m/min～1.8m/min，离焦量△f＝0。
为了进一步提高焊接效果，在步骤(1)中，所述的钢板和铌板在水平对接放置前，先耐水砂纸打磨表面以去除表面氧化膜和油污，再用脱脂棉分别蘸取丙酮和酒精清洗试件表面，确保材料表面清洁没有污染。
有益效果：激光焊具有热输入小、焊接能量和加热位置精确可控等特点，是当前异种金属焊接的主要方法之一。本发明将采用激光焊焊接钢与铌，通过偏束焊接工艺实现二者的可靠连接，获得高质量的焊接接头。由于该方法无需预置填充金属，所以工艺简单、生产效率高，是一种很有发展潜力的新型钢/铌焊接方法。
附图说明
图1是待焊件示意图；
图2是激光束作用位置示意图；
图3是焊接接头横截面宏观形貌照片；
其中，图1和图2中1表示铌，2表示钢；图2中3表示激光束。
具体实施方式
本发明提出了一种钢/铌激光焊接方法，该方法包括如下步骤：
(1)将钢板与铌板先用80#耐水砂纸打磨表面以去除表面氧化膜和油污，再用脱脂棉分别蘸取丙酮和酒精清洗试件表面，确保材料表面清洁没有污染；
(2)将钢板与铌板水平对接放置，组成待焊件(如图1所示)，将待焊件在两端夹紧固定，使钢/铌对接面的间隙小于0.15mm；
(3)采用偏束焊接工艺进行焊接，即将激光束的光斑中心从钢/铌对接面处偏向不锈钢一侧进行焊接(如图2所示)：偏束距离da＝0.2mm～0.5mm，激光功率P＝2kW～3kW，焊接速度v＝1.2m/min～1.8m/min，离焦量Δf＝0；焊接主保护气为氩气，保护气流量为10L/min～13L/min，背保护气也为氩气，保护气流量为8L/min～10L/min。
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：
(1)母材为Nb521合金和304奥氏体不锈钢(304ss)，尺寸为50mm×25mm×2mm；
(2)将不锈钢板与铌板先用80#耐水砂纸打磨表面以去除表面氧化膜和油污，再用脱脂棉分别蘸取丙酮和酒精清洗试件表面，确保材料表面清洁没有污染；
(3)将不锈钢板与铌板水平对接放置，组成待焊件，将待焊件在两端夹紧固定，使钢/铌对接面的间隙小于0.15mm；
(3)采用偏束焊接工艺进行焊接，即将激光束的光斑中心从钢/铌对接面处偏向不锈钢一侧进行焊接：偏束距离da＝0.5mm，激光功率P＝2kW，焊接速度v＝1.2m/min，离焦量△f＝0；焊接主保护气为氩气，保护气流量为10L/min，背保护气也为氩气，保护气流量为8L/min。
对本实施方式接头的显微组织进行了观察，结果如图3所示。从图3可以看出在焊缝及热影响区没有出现裂纹、气孔、夹杂等缺陷，两种材料之间形成了冶金结合。经拉伸试验，接头抗拉强度为221MPa。
实施例2
本实施例焊接方法基本同实施例1，不同的是，本实施例中偏束距离da＝0.3mm。经拉伸试验，本实施方式焊接的接头抗拉强度为187MPa。
实施例3
本实施例焊接方法基本同实施例1，不同的是，本实施例中偏束距离da＝0.2mm。经拉伸试验，本实施方式焊接的接头抗拉强度为199MPa。
实施例4
本实施例焊接方法基本同实施例1，不同的是，本实施例中铌母材使用的是纯铌板。经拉伸试验，本实施方式焊接的接头抗拉强度为225MPa。
实施例5
本实施例焊接方法基本同实施例1，不同的是，本实施例中钢母材使用的是普通碳素结构钢Q235A。经拉伸试验，本实施方式焊接的接头抗拉强度为217MPa。
实施例6
本实施例焊接方法基本同实施例1，不同的是，本实施例中激光功率P＝2.5kW，焊接速度v＝1.4m/min。经拉伸试验，本实施方式焊接的接头抗拉强度为207MPa。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (2)

1.一种钢/铌激光焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将待焊接钢板与铌板水平对接放置，组成待焊件；将待焊件在两端夹紧固定，使钢/铌对接面的间隙小于0.15mm，所述的钢板与铌板的厚度均为2mm～3mm；
(2)采用偏束焊接工艺进行焊接，即将激光束的光斑中心从钢/铌对接面处偏向钢一侧进行焊接；焊接主保护气为氩气，保护气流量为10L/min～13L/min，背保护气也为氩气，保护气流量为8L/min～10L/min，其中，所述偏束焊接工艺的偏束距离da＝0.2mm～0.5mm；偏束焊接工艺的焊接参数为：激光功率P＝2kW～3kW，焊接速度v＝1.2m/min～1.8m/min，离焦量Δf＝0。
2.根据权利要求1所述的钢/铌激光焊接方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的钢板和铌板在水平对接放置前，先耐水砂纸打磨表面以去除表面氧化膜和油污，再用脱脂棉分别蘸取丙酮和酒精清洗试件表面，确保材料表面清洁没有污染。
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