CN110936103A - 高硅钢热轧板的激光焊接方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,包括高硅钢热轧板制备:所述高硅钢热轧板硅含量为1.5%~3.5%,热轧板精轧出口厚度d范围为1.8~3.0mm;厚差控制,激光焊接参数控制,焊接准备,预平整,预加热,激光焊接启动,后退火,焊缝质量评价等几个步骤。本发明为解决高含硅量(1.5%<Si≤3.5%),厚度为1.8~3mm的高硅钢热轧板的常化酸洗连续性生产,采用激光焊接技术,辅助预加热、填充不锈钢焊丝及后退火等手段,有效降低了焊缝断带率,明显的提高焊缝强度,满足大张力、高温加热及高速运行等条件下的工业化大生产。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术与常化酸洗技术领域,尤其涉及用于高硅钢热轧板的激光焊接方法。
背景技术
高硅钢热轧板在冷轧之前需要常化酸洗处理,主要目的是为了带钢表面析出大量细小的弥散物,同时使热轧板组织更均匀和二次再结晶晶粒数量更多。为了能保证常化酸洗机组连续运行,需要将前行高硅钢热轧板尾部和后行高硅钢热轧板头部进行焊接,实现工业上连续性生产。
目前,由于激光焊机具有精度高、质量高、效率高等特点,激光焊接技术广泛运用于钢铁行业的生产实践中,激光焊机成为热轧板连续退火线和酸轧线的首选。高硅钢热轧产品利用常化酸洗机组进行连续退火和酸洗处理,然而,高硅钢产品焊接性能受其本身硅含量的影响较大,随着硅含量增高,屈服强度和抗拉强度明显提高,但是伸长率和断面收缩率当Si>2.5%时急剧下降,Si>4.5%时迅速降到零,需要冷轧这一工序的高硅钢硅含量一般低于3.5%。故高硅钢热轧板可焊接性能差,焊缝脆性大,还需承受大张力、高温加热及高速运行等极端工况,焊缝断带率很高。
中国专利文献CN106041305A公开了一种脆性高硅钢激光焊接工艺方法,硅含量3.5~7%,由于含硅量极高,冷加工难度极大,这种极高含硅量的高硅钢在冷加工工业上无法实现规模化生产,该技术无法保证焊缝质量在大张力、高温加热及高速运行等工业生产过程中的实际状态,无法保证高速稳定运行,并且无法保证极低的焊缝断带率,而这些对于工业化生产是极为重要的。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题是,对硅含量1.5%~3.5%,厚度为1.8~3.0mm的高硅钢热轧板同规格钢种,提供一种激光焊接技术,实现对接焊缝在大张力、高温加热、高速运行下实现工业上的连续稳定退火和酸洗,并且焊缝断带率低于0.005%甚至为0。
本发明的技术方案是,一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,包括如下步骤:
1)高硅钢热轧板制备:所述高硅钢热轧板硅含量为1.5%~3.5%,热轧板精轧出口厚度d范围为1.8~3.0mm;
2)厚差控制:相同规格高硅钢热轧前后行板对接Δd控制范围-0.30~0.30mm;
3)激光焊接参数控制:
激光功率P≥4kW;焦深h范围是-2.9~-1.9mm;焊接速度v范围是1.90~3.5m/min;对接台位置D的范围是0.05~0.35mm;激光头导向轮压力F值范围是3.50~7.0kN;送焊丝速度s值范围是2.7~4.7m/min;
4)焊接准备:前后行高硅钢热轧板头尾运行到焊机时进行对中定位、夹紧台夹紧、双切剪剪切头尾以及头尾对接;
5)预平整:在焊接过程中,导轮夹紧带钢两端,随着焊机“C”形架的移动而滚压带钢端头;
6)预加热:将钢板加热至200~400℃;
7)激光焊接启动:焊接参数核对后,启动激光焊接,同时送焊丝机构进行送丝焊接;
8)后退火:后退火,温度控制在450~650℃;
9)焊缝质量评价:焊接完成以后对焊缝质量进行评价。
根据本发明的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,优选的是,激光焊接后的热轧带钢实现连续常化酸洗:带钢运行张力A为3~20N/mm2;带钢运行速度B为42~55m/min;带钢最高加热温度C为910~1140℃。激光焊接后的带钢在大运行张力、高运行速度以及高加热温度条件下实现连续常化酸洗,在这种极端条件下,本发明生产的高硅钢热轧板焊缝不易断。而以往生产方法生产的热轧板,焊缝易断,断带率高。
进一步地,所述带钢最高加热温度C为910~1135℃。
优选的是,步骤1)所述高硅钢热轧板硅含量为2.5%~3.5%。
优选的是,步骤2)所述厚差控制中,相同规格高硅钢热轧前后行板对接Δd控制范围-0.20~0.20mm。
根据本发明的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,优选的是,步骤3)所述焊丝直径为0.8±0.05mm。对高硅钢种(W大于1.5%),需要在焊接过程中使用填丝,可改善焊缝处的合金成分,提高焊缝质量和焊缝强度,选择的焊丝为不锈钢材质,焊丝直径为0.8±0.05mm。
优选的是,步骤3)的激光焊接参数控制中,焦深h范围是-2.7~-1.9mm;焊接速度v范围是1.95~3.3m/min;激光头导向轮压力F值范围是3.75~6.75kN;送焊丝速度s值范围是2.85~4.5m/min。
根据本发明的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,优选的是,步骤6)中,预加热功率P1为4~10kW。更优选的是,步骤6)中,预加热功率P1为4.5~9kW。
根据本发明的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,优选的是,步骤8)所述后退火功率P2为12~20kW。更优选的是,步骤8)所述后退火功率P2为13.5~18kW。
本发明还提供了上述激光焊接方法在焊接硅含量为1.5%~3.5%、厚度为1.8-3.0mm的高硅钢热轧板上的应用。
有益效果
本发明工艺于2016年12月开始在宝钢某常化酸洗机组实施,在未对现场设备做大的改动情况下,目前已能够成熟地生产普通规格和特殊规格的高硅钢热轧板。本发明工艺进一步增大了常化酸洗机组的生产产能,已经焊接了约50000个热轧板焊缝,均未发生焊缝断带的现象,焊缝断带率降低为0%;不仅减少了能源的浪费,而且实现了非常可观的经济效益。
附图说明
图1是本发明的具体工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
1、高硅钢热轧板制备:选取的高硅钢硅含量W为2.88%,热轧板精轧出口厚度d为2.0mm。
2、厚差控制:经过横剪剪切头尾后,高硅钢热轧前行板厚度为2.09mm,后行板厚度为1.99mm,即该规格高硅钢热轧前后行板对接厚差Δd为0.10mm,满足激光焊机对于厚差的要求。控制前后行卷头尾厚度偏差,保证激光焊缝质量。由于高硅钢热轧卷头尾轧制控制难,厚度精度难以保证,前行卷带尾和后行卷带头根据测厚仪实时测量的带钢厚度数据与来料信息厚度数据对照,操作人员设定合理的剪切刀数把带头尾超厚和偏薄部分剪切干净,确保相同规格高硅钢热轧前后行卷对接厚差控制≤0.30mm,在其他参数正常情况下,厚差越小,焊缝质量强度越高。
3、激光焊接重要参数设置:
(1)激光功率P值设定为4kW。
(2)焦深h值设定为-2.0mm。
(3)焊接速度v值为2.70m/min。
(4)对接台位置D分为操作侧对接台位置D1和传动侧对接台位置D2,D1值为0.30mm,D2值为0.15mm。
(5)激光头导向轮压力F为4.5kN。
(6)送焊丝速度s为3.0m/min。对硅含量W为2.88%高硅钢种,需要在焊接过程中使用填丝,可改善焊缝处的合金成分,提高焊缝质量和焊缝强度,选择的焊丝为不锈钢材质,焊丝直径为0.8mm。
当激光功率P增大时,焊缝熔深和熔宽的比值增大,实际生产过程中根据钢种厚度来确定P设定值。
当h太大时焊缝会焊穿,h太小时,焊缝可能存在未焊透现象,h可根据激光打点的方法进行确定,在纸上打点,选择小和圆的点对应的h。
当v偏大时,就会导致焊缝熔深和熔宽的比值减小,焊缝可能存在未焊透现象,v偏小时,会导致带钢焊穿,v可从焊接试验中不断尝试摸索出最佳经验值。
对接台位置(又称间隙),D为对接台位置,单位为mm,D值范围是0.05~0.35mm。当D过大时,会造成焊缝未填满现象发生,D过小时,容易造成焊缝焊缝搭接或结瘤,焊接试验过程中,可通过对接台补偿值辅助手段进行D值设定。
激光头导向轮压力,F为激光头导向轮压力,单位为kN,F值范围是3.75~6.75kN,可通过焊接试验时确定合适的压力值。
送焊丝速度,s为送焊丝速度,单位为m/min,s值范围是2.85~4.5m/min。
4、焊接准备:前后行高硅钢热轧板头尾运行到焊机时进行对中定位、夹紧台夹紧、双切剪剪切头尾以及头尾对接。
5、预平整:在焊接过程中,导轮夹紧带钢两端,随着焊机“C”形架的移动而滚压带钢端头,焊接的带钢在焊接时处于焊接平面上。
6、预加热:预加热功率P1为6kW。激光焊接前预加热单元对带钢进行加热。激光焊接前预加热对带钢进行加热,将钢板加热至200~400℃,减小带钢内应力,焊缝裂纹发生率降低,可通过调节P1来控制温度。预加热单元安装在焊接小车上,随着焊机小车移动对带钢进行加热。
7、激光焊接启动:焊接参数核对后,启动激光焊接,同时送焊丝机构进行送丝焊接。焊接时激光头导向轮压紧带钢边缘,焊接位置合适和聚焦距离准确。
8、后退火:后退火功率P2为15kW。高硅钢激光焊接后立即进行后退火,主要是对焊缝进行回火处理,改善焊缝的力学性能和消除内部应力,提高焊缝的韧性。高硅钢激光焊接对接焊缝后退火对于提升焊缝强度极为重要,不退火的焊缝月牙弯反弯时很容易断裂。后退火主要是对焊缝进行回火处理,改善焊缝的力学性能和消除内部应力,提高焊缝的韧性,可通过调节P2来控制温度。后退火单元安装在焊机小车上,焊接启动后,后退火单元跟随移动的焊机小车立即对焊缝进行退火。
9、焊缝质量评价:焊接完成以后对焊缝质量进行评价。焊接过程中QCDS焊缝质量评价系统进行焊缝检测,随后进行焊缝反弯试验和杯突试验,对焊缝质量进行整体评估,通过反复试验,确定合理工艺参数,再用该参数焊接多次,取下焊缝样板进行实验室分析(金相组织分析、弯曲、拉伸试验及显微硬度检验),最终确定相关规格钢种焊接工艺。
10、激光焊接后的热轧带钢实现连续常化酸洗:工艺参数评估确定后,各规格钢种激光焊接后需要进行常化酸洗连续生产试验,匹配机组运行速度、带钢运行的张力控制范围及带钢的最高加热温度等对焊缝影响的重要参数。调试完毕后,实际工业生产中采取每一个焊缝利用QCDS系统检测焊缝图像(OK)和冲边后的月牙弯90°反弯次数(≥6次)来确认焊缝质量放行标准。
激光焊接后的带钢在最大运行张力A为20N/mm2、高运行速度B为55m/min以及最高加热温度C为980℃条件下实现连续常化酸洗。
具体工艺流程见图1.
实施例2
1、高硅钢热轧板制备:选取的高硅钢硅含量W为3.40%,热轧板精轧出口厚度d为2.8mm。
2、厚差控制:经过横剪剪切头尾后,高硅钢热轧前行板厚度为2.86mm,后行板厚度为2.81mm,即该规格高硅钢热轧前后行板对接厚差Δd为0.05mm,满足激光焊机对于厚差的要求。
3、激光焊接重要参数设置:
(1)激光功率P值设定为4kW。
(2)焦深h值设定为-2.6mm。
(3)焊接速度v值为2.30m/min。
(4)对接台位置D分为操作侧对接台位置D1和传动侧对接台位置D2,D1值为0.35mm,D2值为0.13mm。
(5)激光头导向轮压力F为6kN。
(6)送焊丝速度s为3.5m/min。对硅含量W为3.40%高硅钢种,需要在焊接过程中使用填丝,可改善焊缝处的合金成分,提高焊缝质量和焊缝强度,选择的焊丝为不锈钢材质,焊丝直径为0.8mm。
4、焊接准备:前后行高硅钢热轧板头尾运行到焊机时进行对中定位、夹紧台夹紧、双切剪剪切头尾以及头尾对接。
5、预平整:在焊接过程中,导轮夹紧带钢两端,随着焊机“C”形架的移动而滚压带钢端头,焊接的带钢在焊接时处于焊接平面上。
6、预加热:预加热功率P1为7.5kW。激光焊接前预加热单元对带钢进行加热。
7、激光焊接启动:焊接参数核对后,启动激光焊接,同时送焊丝机构进行送丝焊接。焊接时激光头导向轮压紧带钢边缘,焊接位置合适和聚焦距离准确。
8、后退火:后退火功率P2为16.5kW。高硅钢激光焊接后立即进行后退火,主要是对焊缝进行回火处理,改善焊缝的力学性能和消除内部应力,提高焊缝的韧性。
9、焊缝质量评价:焊接完成以后对焊缝质量进行评价。
10、激光焊接后的热轧带钢实现连续常化酸洗:激光焊接后的带钢在最大运行张力A为20N/mm2、高运行速度B为45m/min以及最高加热温度C为1140℃条件下实现连续常化酸洗。其他同实施例1.
实施例3-6
实施例3-6中各工艺参数见表1.其他同实施例1.
表1实施例中各工艺参数
高硅钢热轧板常化酸洗机组作为冷轧工序的核心机组,连续稳定运行非常重要。本发明工艺实施简单,应用方便,在无需对现有设备进行大的改造情况下,可通过激光焊接技术,辅助预加热、填充不锈钢焊丝及后退火等手段,明显的提高焊缝强度,激光焊接好的焊缝满足了大张力、高温加热及高速运行等极端条件下的工业化大生产,经受住了大张力、高温及高速的考验,生产了约50000个焊缝均未发生过焊缝断带的现象。该工艺适用于高硅钢等特殊钢种的热轧板焊接,具有相当高的推广应用价值。
Claims (10)
1.一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)高硅钢热轧板制备:所述高硅钢热轧板硅含量为1.5%~3.5%,热轧板精轧出口厚度d范围为1.8~3.0mm;
2)厚差控制:相同规格高硅钢热轧前后行板对接Δd控制范围-0.30~0.30mm;
3)激光焊接参数控制:
激光功率P≥4kW;焦深h范围是-2.9~-1.9mm;焊接速度v范围是1.90~3.5m/min;对接台位置D的范围是0.05~0.35mm;激光头导向轮压力F值范围是3.50~7.0kN;送焊丝速度s值范围是2.7~4.7m/min;
4)焊接准备:前后行高硅钢热轧板头尾运行到焊机时进行对中定位、夹紧台夹紧、双切剪剪切头尾以及头尾对接;
5)预平整:在焊接过程中,导轮夹紧带钢两端,随着焊机“C”形架的移动而滚压带钢端头;
6)预加热:将钢板加热至200~400℃;
7)激光焊接启动:焊接参数核对后,启动激光焊接,同时送焊丝机构进行送丝焊接;
8)后退火:后退火,温度控制在450~650℃;
9)焊缝质量评价:焊接完成以后对焊缝质量进行评价。
2.根据权利要求1所述的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:激光焊接后的热轧带钢实现连续常化酸洗:带钢运行张力A为3~20N/mm2;带钢运行速度B为42~55m/min;带钢最高加热温度C为910~1140℃。
3.根据权利要求2所述的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:所述带钢最高加热温度C为910~1135℃。
4.根据权利要求1所述的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:步骤1)所述高硅钢热轧板硅含量为2.5%~3.5%。
5.根据权利要求1所述的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:步骤2)所述厚差控制中,相同规格高硅钢热轧前后行板对接Δd控制范围-0.20~0.20mm。
6.根据权利要求1所述的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:步骤3)所述焊丝直径为0.8±0.05mm。
7.根据权利要求1所述的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:步骤3)的激光焊接参数控制中,焦深h范围是-2.7~-1.9mm;焊接速度v范围是1.95~3.3m/min;激光头导向轮压力F值范围是3.75~6.75kN;送焊丝速度s值范围是2.85~4.5m/min。
8.根据权利要求1所述的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:步骤6)中,预加热功率P1为4~10kW。
9.根据权利要求1所述的一种高硅钢热轧板的激光焊接方法,其特征在于:步骤8)所述后退火功率P2为12~20kW。
10.权利要求1所述激光焊接方法在焊接硅含量为1.5%~3.5%、厚度为1.8-3.0mm的高硅钢热轧板上的应用。
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