CN110293322A - 一种马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，包括将两个待焊接工件的对接接口加工成坡口；将两个待焊接工件进行装配固定，使得二者之间留有间隙；采用激光对所述坡口的底部进行打底焊接，并形成底部焊缝；采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，完成焊接工艺。本发明通过先在待焊接工件加工后形成的坡口底部进行激光打底焊接，实现深熔焊接，确保钝边底部可焊透，使得坡口底部的焊缝成型均匀，变形小，并且保证焊接精度，再采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，从而形成高质量的焊缝，工序简单，易操作，工艺成本较低，针对马氏体沉淀硬化不锈钢这种特种材质具体较好的焊接效果。

Description

一种马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法。

背景技术

超高强度的马氏体沉淀硬化不锈钢是在Cr13型马氏体不锈钢的基础上发展起来的一类新型钢材，它以强度高、韧性好、耐腐蚀性能好、综合性能优良等特点而被广泛应用于宇宙航天、飞机制造、武器装备、核动力装置、石油化工等领域。由于这些零件结构复杂、工作条件苛刻，而且全部都采用了焊接加工，这就对焊接接头的质量和材料的性能提出了很高的要求。

众所周知，激光焊接工艺具有很高的功率密度，热影响区非常窄，能进行精确的能量控制，可以实现高精度高速焊接。而激光电弧复合焊接作为一种新的焊接工艺，利用两种不同作用的热源相互作用，能量的利用率远远大于两种热源的简单相加，同时具有熔深大、电弧稳定等优势。但是，现有技术中单纯采用激光电弧复合焊接方法用于上述特种钢的焊接时，存在底部焊缝成型不均、精度不够等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：将两个待焊接工件的对接接口加工成坡口；

步骤2：将两个待焊接工件进行装配固定，使得二者之间留有间隙；

步骤3：采用激光对所述坡口的底部进行打底焊接，并形成底部焊缝；

步骤4：采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，完成焊接工艺。

本发明的有益效果是：本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，通过先在待焊接工件加工后形成的坡口底部进行激光打底焊接，实现深熔焊接，确保钝边底部可焊透，使得坡口底部的焊缝成型均匀，变形小，并且保证焊接精度，再采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，从而形成高质量的焊缝，工序简单，易操作，工艺成本较低，针对马氏体沉淀硬化不锈钢这种特种材质具体较好的焊接效果。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述步骤1中，将两个待焊接工件的对接接口加工成单面坡口或双面坡口，所述坡口呈V型坡口、U型坡口或Y型，且所述坡口的角度θ的范围为65±5°，钝边厚度d1的范围为2-4mm。

上述进一步方案的有益效果是：通过在待焊接工件上加工并形成坡口，可以使得后续在坡口位置处形成焊接接头。并作为两个待焊接工件的载体，保证焊接精度，同时保证焊接强度。

进一步：所述步骤1中，在将两个待焊接工件的对接接口加工成坡口之后，还包括如下步骤：

对加工后的坡口及两侧侧壁依次进行打磨、清洗和风干处理。

上述进一步方案的有益效果是：通过对加工后的坡口及两侧侧壁依次进行打磨、清洗和风干处理，可以使得坡口及两侧侧壁平整，并且可以清除坡口及两侧表面的杂质和异物，保证后续焊接的质量和牢固程度。

进一步：所述步骤2中，两个待焊接工件之间的间隙d2范围为0-0.3mm。

进一步：所述步骤3和步骤4中，还将保护气体通至所述坡口位置处，以在打底焊接和填丝盖面焊接时将所述坡口位置处与外部空气隔绝。

上述进一步方案的有益效果是：通过将保护气体通至所述坡口位置处，可以使得坡口位置处与外部空气隔绝，避免在打底焊接和盖面焊接时待焊接工件表面被氧化，影响焊接质量。

进一步：所述骤3和步骤4中，在打底焊接和填丝盖面焊接之前，分别预先通入保护气体4000-6000ms，在打底焊接和填丝盖面焊接完成后分别继续通入保护气体4000-6000ms，保护气体的气压0.2-0.3Mpa，保护气体的气流量8-10L/min。

上述进一步方案的有益效果是：通过在焊接之前通入保护气体，一方面可以排除气体管路内的空气，另一方面可以在焊接前将坡口位置处置于保护气体形成的区域内，这样焊接时也避免与空气中的氧气接触；通过在焊接完成之后通入保护气体对焊缝进行保护，避免待焊接处过氧化。

进一步：所述打底焊接的激光参数为：激光功率为4500-5500W，激光光斑直径大于1.3mm，焊接速度5-15mm/s，焊枪气压0.3-0.7Mpa，保护气体的气压0.2-0.3Mpa，保护气体的气流量8-10L/min。

进一步：所述填丝盖面焊接的激光参数为：激光功率2000-2200W，出光延时4000-6000ms，激光光斑直径大于1.3mm，光丝间距3-5mm，起弧延时100-300ms，起弧功率1500-2500W，焊丝干伸长度12-18mm，送丝量4.5-5mm，焊接速度4-8mm/s，焊枪气压0.5Mpa。

进一步：所述步骤3中，在打底焊接形成底部焊缝之后还包括如下步骤：

对所述底部焊缝进行清理，直至底部焊缝的表面具有金属光泽。

上述进一步方案的有益效果是：通过对所述底部焊缝进行清理，可以去除底部焊缝表面的焊渣，便于后续进行填丝盖面焊接，保证焊接质量。

进一步：所述步骤4中，填丝盖面焊接完成后，还包括如下步骤：

对焊接完成后形成的盖面焊缝进行清理，直至盖面焊缝的表面具有金属光泽。

上述进一步方案的有益效果是：通过对焊接完成后形成的盖面焊缝进行清理，可以清除焊接完成的盖面焊缝表面的焊渣、油污和氧化膜，使得焊缝表面具有金属光泽，外观漂亮。

附图说明

图1为本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接示意图；

图2为本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊试样表面成形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：将两个待焊接工件的对接接口加工成坡口；

步骤2：将两个待焊接工件进行装配固定，使得二者之间留有间隙；

步骤3：采用激光对所述坡口的底部进行打底焊接，并形成底部焊缝；

步骤4：采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，完成焊接工艺。

本发明的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，通过先在待焊接工件加工后形成的坡口底部进行激光打底焊接，使得坡口底部的焊缝成型均匀，并且保证焊接精度，再采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，从而形成高质量的焊缝，工序简单，易操作，工艺成本较低，针对马氏体沉淀硬化不锈钢这种特种材质具体较好的焊接效果。

本发明的实施例中，待焊接工件选用如下材质：S06钢板，厚度d3为8mm，宽度d4为50mm，化学成分为(质量分数/％)：碳：0.066C，磷：0.0043，硫：0.0065，镍：5.45，钨：0.79，钒：0.18，钼：0.81，铬：14.97，铌：0.15，其余为Fe。

实施例1：

本实施例的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，按照如下步骤实现：

S1：将两个待焊接工件的对接接口加工成Y型，坡口角度θ为65度，钝边厚度d1为3mm；

S2：将加工后的坡口及两侧侧壁,进行打磨，并采用清洗剂(丙酮、酒精或异丙醇溶液分析纯级别)清理影响焊接质量的油污、金属粉末等，并用压缩空气吹干；

S3：将两个待焊接工件进行装配固定，使得二者之间的间隙d2为0.2mm；

S4：在激光打底焊接之前5000ms将保护气体通入至所述坡口位置处，以在打底焊接时将所述坡口位置处与外部空气隔绝，保护气体的气压为0.25Mpa，保护气体的气流量为9L/min；

S5：采用激光对所述坡口的底部进行打底焊接，并形成底部焊缝，焊接参数为：激光功率为5000W，激光光斑直径1.5mm，焊接速度10mm/s，焊枪气压0.5Mpa，保护气体的气压0.25Mpa，保护气体的气流量9L/min；

S6：对所述底部焊缝进行清理，直至底部焊缝的表面具有金属光泽；

S7：采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，完成焊接工艺，填丝盖面焊接的激光参数为：激光功率2000W，出光延时5000ms，激光光斑直径1.5mm，光丝间距4mm，起弧延时200ms，起弧功率2000W，焊丝干伸长度16mm，送丝量4.5mm，焊接速度5mm/s，焊枪气压0.5Mpa；

S8：在填丝盖面焊接完成后继续通入保护气体至所述坡口位置处5000ms，以在填丝盖面焊接完成时将所述坡口位置处与外部空气隔绝，保护气体的气压为0.25Mpa，保护气体的气流量为9L/min；

S9：对焊接完成后形成的盖面焊缝进行清理，直至盖面焊缝的表面具有金属光泽。

实施例2：

本实施例的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，按照如下步骤实现：

S1：将两个待焊接工件的对接接口加工成Y型，坡口角度θ为70度，钝边厚度d1为3.5mm；

S2：将加工后的坡口及两侧侧壁,进行打磨，并采用清洗剂(丙酮、酒精或异丙醇溶液分析纯级别)清理影响焊接质量的油污、金属粉末等，并用压缩空气吹干；

S3：将两个待焊接工件进行装配固定，使得二者之间的间隙d2为0.3mm；

S4：在激光打底焊接之前6000ms将保护气体(氮气或氩气)通入至所述坡口位置处，以在打底焊接和填丝盖面焊接时将所述坡口位置处与外部空气隔绝，保护气体的气压为0.3Mpa，保护气体的气流量为10L/min；

S5：采用激光对所述坡口的底部进行打底焊接，并形成底部焊缝，焊接参数为：激光功率为5500W，激光光斑直径1.5mm，焊接速度15mm/s，焊枪气压0.7Mpa，保护气体的气压0.3Mpa，保护气体的气流量10L/min；

S6：对所述底部焊缝进行清理，直至底部焊缝的表面具有金属光泽；

S7：采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，完成焊接工艺，填丝盖面焊接的激光参数为：激光功率2100W，出光延时5000ms，激光光斑直径1.5mm，光丝间距5mm，起弧延时300ms，起弧功率2500W，焊丝干伸长度16mm，送丝量4.5mm，焊接速度5mm/s，焊枪气压0.5Mpa；

S8：在填丝盖面焊接完成后继续通入保护气体至所述坡口位置处5500ms，以在填丝盖面焊接完成时将所述坡口位置处与外部空气隔绝，保护气体的气压为0.3Mpa，保护气体的气流量10L/min；

S9：对焊接完成后形成的盖面焊缝进行清理，直至盖面焊缝的表面具有金属光泽。

实施例3：

本实施例的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，按照如下步骤实现：

S1：将两个待焊接工件的对接接口加工成Y型，坡口角度θ为60度，钝边厚度d1为3mm；

S2：将加工后的坡口及两侧侧壁,进行打磨，并采用清洗剂(丙酮、酒精或异丙醇溶液分析纯级别)清理影响焊接质量的油污、金属粉末等，并用压缩空气吹干；

S3：将两个待焊接工件进行装配固定，使得二者之间的间隙d2为0.25mm；

S4：在激光打底焊接之前5000ms将保护气体通入至所述坡口位置处，以在打底焊接和填丝盖面焊接时将所述坡口位置处与外部空气隔绝，保护气体的气压为0.2Mpa，保护气体的气流量为8L/min；

S5：采用激光对所述坡口的底部进行打底焊接，并形成底部焊缝，焊接参数为：激光功率为4500W，激光光斑直径1.5mm，焊接速度10mm/s，焊枪气压0.5Mpa，保护气体的气压0.2Mpa，保护气体的气流量8L/min；

S6：对所述底部焊缝进行清理，直至底部焊缝的表面具有金属光泽；

S7：采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，完成焊接工艺，填丝盖面焊接的激光参数为：激光功率2200W，出光延时5500ms，激光光斑直径1.5mm，光丝间距4.5mm，起弧延时250ms，起弧功率2500W，焊丝干伸长度18mm，送丝量5mm，焊接速度6mm/s，焊枪气压0.5Mpa；

S8：在填丝盖面焊接完成后继续通入保护气体至所述坡口位置处5000ms，以在填丝盖面焊接完成时将所述坡口位置处与外部空气隔绝，保护气体的气压为0.2Mpa，保护气体的气流量为8L/min；

S9：对焊接完成后形成的盖面焊缝进行清理，直至盖面焊缝的表面具有金属光泽。

根据本发明实施例的激光电弧复合焊接方法对待焊接工件进行焊接，得到焊接接头，如图2所示，采用X射线对焊接接头进行探测，发现焊接接头无裂纹、无夹渣、无气孔，对焊接接头进行力学性能试验，测得其性能参数如下表1所示：

表1

由此可见，采用本发明的激光电弧复合焊接方法进行焊接，焊接质量较高，变形小，工序简单，易操作，工艺成本较低，针对马氏体沉淀硬化不锈钢这种特种材质具体较好的焊接效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将两个待焊接工件的对接接口加工成坡口；

步骤2：将两个待焊接工件进行装配固定，使得二者之间留有间隙；

步骤3：采用激光对所述坡口的底部进行打底焊接，并形成底部焊缝；

步骤4：采用激光电弧复合焊接对坡口进行填丝盖面焊接，完成焊接工艺。

2.根据权利要求1所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述步骤1中，将两个待焊接工件的对接接口加工成单面坡口或双面坡口，所述坡口呈V型坡口、U型坡口或Y型，且所述坡口的角度θ的范围为65±5°，钝边厚度d1的范围为2-4mm。

3.根据权利要求1所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述步骤1中，在将两个待焊接工件的对接接口加工成坡口之后，还包括如下步骤：

对加工后的坡口及两侧侧壁依次进行打磨、清洗和风干处理。

4.根据权利要求1所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述步骤2中，两个待焊接工件之间的间隙d2范围为(0-0.3mm)。

5.根据权利要求1所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述步骤3和步骤4中，还将保护气体通至所述坡口位置处，以在打底焊接和填丝盖面焊接时将所述坡口位置处与外部空气隔绝。

6.根据权利要求5所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述骤3和步骤4中，在打底焊接和填丝盖面焊接之前，分别预先通入保护气体4000-6000ms，在打底焊接和填丝盖面焊接完成后分别继续通入保护气体4000-6000ms，保护气体的气压0.2-0.3Mpa，保护气体的气流量8-10L/min。

7.根据权利要求5所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述打底焊接的激光参数为：激光功率为4500-5500W，激光光斑直径大于1.3mm，焊接速度5-15mm/s，焊枪气压0.3-0.7Mpa，保护气体的气压0.2-0.3Mpa，保护气体的气流量8-10L/min。

8.根据权利要求5所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述填丝盖面焊接的激光参数为：激光功率2000-2200W，出光延时4000-6000ms，激光光斑直径大于1.3mm，光丝间距3-5mm，起弧延时100-300ms，起弧功率1500-2500W，焊丝干伸长度12-18mm，送丝量4.5-5mm，焊接速度4-8mm/s，焊枪气压0.5Mpa。

9.根据权利要求1-8任一项所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述步骤3中，在打底焊接形成底部焊缝之后，还包括如下步骤：

对所述底部焊缝进行清理，直至底部焊缝的表面具有金属光泽。

10.根据权利要求1-8任一项所述的马氏体沉淀硬化不锈钢的激光电弧复合焊接方法，其特征在于，所述步骤4中，填丝盖面焊接完成后，还包括如下步骤：

对焊接完成后形成的盖面焊缝进行清理，直至盖面焊缝的表面具有金属光泽。