CN105414904B - 一种低合金超高强度钢的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超高强度钢焊接领域，具体为一种低合金超高强度钢的焊接方法，尤其是抗拉强度1600MPa以上的低合金超高强度钢的焊接，采用激光熔焊本体材料对低合金超高强度钢进行焊接，以本体材料为焊接材料，用线切割方法切割后机械打磨制得焊片，焊片预置在待焊接区表面，聚焦的激光束为热源，将焊接材料直接熔焊沉积到待焊接区，在氩气保护下激光束振荡扫描直至完成整个区域的焊接，随后辅以应力退火处理。采用本发明可以焊接抗拉强度1600MPa以上的低合金超高强度钢，解决了焊接过程中易出现氢致裂纹（冷裂纹）、焊接热影响区软化及韧性下降、焊接接头的疲劳等问题，采用激光熔焊本体材料可有效焊接或修复低合金超高强度钢。
Description
技术领域
本发明涉及超高强度钢焊接领域，具体为一种低合金超高强度钢的焊接方法。
背景技术
超高强度钢（ultra high strength steel），屈服强度在1370MPa（140kgf/mm2）以上，抗拉强度在1620MPa（165kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。超高强度钢必须具有高的抗拉强度和保持足够的韧性，还要求比强度（强度与密度之比）大和屈强比（σs/σb）高，以减轻构件的重量，而且要有良好的焊接性和成形性等工艺性能。按照合金化程度及显微组织，超高强度钢可分为低合金、中合金和高合金超高强度钢三类。
低合金超高强度钢（low alloy ultra high strength steel），是由调质结构钢发展起来的，含碳量一般在0.3~0.5%，合金元素总含量在5%以下，经热处理后的屈服强度大于1380MPa的超高强度钢。这类钢合金元素低，成本低，生产工艺简单，广泛用于制造飞机大梁、起落架构件、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等。焊接主要存在的问题有：焊接氢致裂纹（冷裂纹）、焊接热影响区软化及韧性下降、焊接接头的疲劳等。
30CrMnSiNi2A超高强度钢是一种综合性能优良的工程结构材料，是目前我国航空工业中使用最为广泛的一种飞机起落架用钢，在调质状态下使用。30CrMnSiNi2A的碳当量较高，淬硬倾向较大，易形成淬硬的马氏体组织，焊接时易产生冷裂纹。在制造行业中占有重要地位，主要用于制造承受撞击载荷、牵引载荷、滑动载荷等受力结构件，由于在振动、冲击、摩擦等特殊工作环境下服役易产生应力集中和磨损，从而导致零件的损坏。
发明内容
本发明目的在于提供一种低合金超高强度钢的焊接方法，解决低合金超高强度钢的焊接和零件使用过程中损坏的修复问题，延长其使用寿命。
本发明的技术方案是：
一种低合金超高强度钢的焊接方法，对低合金超高强度钢进行激光焊接。激光焊接过程是指以低合金超高强度钢本体材料为焊接材料，将焊材预置在待焊接区表面，采用聚焦激光束为热源，将焊接材料直接熔焊沉积到待焊接区，在氩气保护下激光束振荡扫描直至完成整个区域的焊接，随后辅以应力退火处理。
所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，低合金超高强度钢是指抗拉强度1600MPa以上的低合金超高强度钢。
所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，焊接材料选用本体材料，采用线切割的方法对本体材料进行切割，并机械打磨制成焊片。
所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，在激光焊接前，焊片采用微弧压贴焊方法预置在待焊接区表面，该过程中采用氩气进行保护。
所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，采用的聚焦激光束的焦距为100mm～600mm，聚焦方法为内透镜聚焦或外抛物镜聚焦，激光波长为10.6μm或1.06μm，平均光功率200W～6000W，光束摆动振幅为1.0mm～15mm，频率0～10Hz，熔焊速度0.5mm/s～15mm/s。
所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，工件焊后进行应力退火处理，在真空炉或保护气氛炉中进行，炉温200℃~300℃，保温3~4h。
所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，低合金超高强度钢本体激光焊接的修复加工过程为：⑴工件表面清理→⑵焊片制备与清洁→⑶焊片预置在待焊接区表面→⑷工件装夹→⑸激光聚焦对中→⑹激光焊接→⑺去应力热处理→⑻焊接区修磨→⑼渗透+X光探伤→⑽清洗→⑾重复进行⑶~⑽直至达到要求尺寸→⑿焊接区精加工。
本发明的设计思想：
本发明为一种低合金超高强度钢的焊接方法，以低合金超高强度钢本体材料为焊接材料，用聚焦的激光束为热源，将预置在工件表面的焊片直接熔焊到待焊接区，激光束连续振荡扫描熔焊完成整个区域的焊接。采用本发明可以焊接抗拉强度1600MPa以上的低合金超高强度钢，解决了焊接过程中易出现氢致裂纹（冷裂纹）、焊接热影响区软化及韧性下降、焊接接头的疲劳等问题，采用激光熔焊本体材料可有效焊接或修复低合金超高强度钢。
本发明的优点及有益效果是：
低合金超高强度钢因其合金元素含量少，成本低，生产工艺简单被广泛用于制造飞机大梁、起落架构件、发动机轴、高强度螺栓、固体火箭发动机壳体和化工高压容器等，该钢在焊接时易出现氢致裂纹（冷裂纹）、焊接热影响区软化及韧性下降、焊接接头的疲劳等问题，采用本发明一种低合金超高强度钢的焊接方法，可以实现低合金超高强度钢的焊接，并具备如下特点；
（1）工件无变形，按本发明焊接方法焊接后无明显焊接界线。
（2）焊接材料为本体材料，具有与基体一致的化学物理性能。
（3）聚焦激光头可以采用关节臂机械手操作，可自动控制，方便安全。
具体实施方式：
在具体实施方式中，本发明一种低合金超高强度钢的焊接方法，对低合金超高强度钢进行激光焊接，激光焊接过程是指以低合金超高强度钢本体材料为焊接材料，将焊材预置在待焊接区表面，采用聚焦激光束为热源，将焊接材料直接熔焊沉积到待焊接区，在氩气保护下激光束振荡扫描直至完成整个区域的焊接，随后辅以应力退火处理。
低合金超高强度钢本体激光焊接过程为：⑴工件表面清理→⑵焊片制备与清洁→⑶焊片预置在待焊接区域→⑷工件装夹→⑸激光聚焦对中→⑹激光焊接→⑺去应力热处理→⑻焊接区修磨→⑼渗透+X光探伤→⑽清洗→⑾重复进行⑶~⑽直至达到要求尺寸→⑿焊接区精加工。
其中：
（1）低合金超高强度钢在焊接前采用机械方法对表面进行清理，并清洗干净。
（2）低合金超高强度钢的焊接材料为本体材料，采用线切割方法切割后经机械打磨制备，焊接材料与基材一致，在焊接前采用微弧压贴焊方法预置在基材表面要焊接区域。
（3）采用聚焦激光束的焦距为100mm～600mm，聚焦方法为内透镜聚焦或外抛物镜聚焦，激光波长为10.6μm或1.06μm，平均光功率200W～6000W，光束摆动振幅为1.0mm～15mm，频率0～10Hz（优选为5～5Hz），熔焊速度0.5mm/s～15mm/s。
（4）工件激光焊接后，需进行应力退火处理，在真空炉或保护气氛炉中进行，炉温200℃~300℃，保温时间3~4h。
下面通过实例对本发明进一步详细说明：
某厂的工件，材质为30CrMnSiNi2A，需要进行激光焊接，采用本发明的焊接方法对其进行焊接，焊后无裂纹、气孔等缺陷，满足厂家的要求。
本发明焊接30CrMnSiNi2A工件的加工流程为：⑴工件焊接区域抛磨→⑵喷砂→⑶超声清洗→⑷焊材线切割→⑸焊片的磨制→⑹焊片预置在待焊接区表面→⑺工件装夹→⑻机械手移动聚焦激光头到焊接位置→⑼可见激光引导定位→⑽激光焊接，焊接参数与焊接路径已进行了试验优化（如：采用激光波长1.06μm，平均光功率500W，内透镜聚焦，焦距300mm，光斑直径Φ2mm，光束摆动振幅变动范围1mm～5mm，频率2～5Hz），熔焊速度3mm/s→⑾焊后放入气氛保护炉内，250℃保温4h→⑿焊接区域修磨→⒀渗透、X光探伤→⒁清洗→⒂重复⑹~⒁直至达到要求的尺寸→⒃焊接区精加工。
Claims (5)
1.一种低合金超高强度钢的焊接方法，其特征在于，对低合金超高强度钢的激光焊接，激光焊接过程是指：以低合金超高强度钢本体材料为焊接材料，将焊材预置在待焊接区表面，采用聚焦激光束为热源，将焊接材料直接熔焊沉积到待焊接区，在氩气保护下激光束振荡扫描直至完成整个区域的焊接，随后辅以应力退火处理；
在激光焊接前，焊片采用微弧压贴焊方法预置在待焊接区表面，该过程中采用氩气进行保护；
工件焊后进行应力退火处理，在真空炉或保护气氛炉中进行，炉温200℃～300℃，保温3～4h。
2.按照权利要求1所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，其特征在于，低合金超高强度钢是指抗拉强度1600MPa以上的低合金超高强度钢。
3.按照权利要求1所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，其特征在于，焊接材料选用本体材料，采用线切割的方法对本体材料进行切割，并机械打磨制成焊片。
4.按照权利要求1所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，其特征在于，采用的聚焦激光束的焦距为100mm～600mm，聚焦方法为内透镜聚焦或外抛物镜聚焦，激光波长为10.6μm或1.06μm，平均光功率200W～6000W，光束摆动振幅为1.0mm～15mm，频率0～10Hz，熔焊速度0.5mm/s～15mm/s。
5.按照权利要求1所述的一种低合金超高强度钢的焊接方法，其特征在于，低合金超高强度钢本体激光焊接的修复加工过程为：⑴工件表面清理→⑵焊片制备与清洁→⑶焊片预置在待焊接区表面→⑷工件装夹→⑸激光聚焦对中→⑹激光焊接→⑺去应力热处理→⑻焊接区修磨→⑼渗透+X光探伤→⑽清洗→⑾重复进行⑶～⑽直至达到要求尺寸→⑿焊接区精加工。
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