CN113146157A - 600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法 - Google Patents

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Abstract

一种600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法，焊接前热温度为350‑500℃，加热时间为1‑3s；激光功率为10～12KW；焊接速率为4～6m/min；焊轮压力15～20KN；焊接后热温度为600‑800℃，加热时间为1‑3s。本发明采用激光焊接配合前后热装置，避免了闪光焊的缺点，降低生产成本及工序复杂性，同时大幅度提升生产速度及焊缝质量。采用本发明的工艺得到的焊缝，杯凸实验未出现沿焊缝开裂的现象，经拉伸实验后断裂位置均在母材区域，焊缝区域硬度较小低于350HV，且与母材区域硬度差较小约为150～180HV，经酸洗及轧制工序后未出现因焊缝质量导致的断带情况。

Description

600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法。
背景技术
目前，现代钢铁冷轧企业为提高生产效率，降低生产成本，普遍采用酸轧联合生产线进行生产，为保证连续生产需对热轧基板进行高质量高效率的焊接。
600MPa级冷轧双相钢由于其合金含量高、碳当量高、焊缝区淬硬性高等特点，使高效稳定的焊接该钢种的较为困难，同时在焊接工序之后带钢将经历多次弯折、酸洗及冷轧的过程，焊缝质量不良将导致在后续的酸洗工序及大变形的冷轧工序中产生焊缝断带现象，消耗大量人力物力进行断带处理并产生废品及停机时间。激光焊接是以聚集的激光束作为能源，利用照射带钢所产生的热量进行焊接的一种熔化焊方法，其特点在于热输入量小、深宽比大，因此热影响区小，工件收缩和变形较小。选择合适的激光焊接参数对600MPa双相钢热轧基板进行高效稳定的焊接是企业提高生产效率并降低成本的重要保障。
专利文献CN 106735900 A公开了一种激光焊接方法，该发明针对酸轧联合机组中的焊接原料板的焊机，采用一种通过前一带钢和后一带钢之间填充焊丝的方法进行激光焊接，有效的降低断带发生的几率，具体的工艺参数为：焊接功率为10000W～11000W；焊接速度为2m/min～6m/min；焊丝的送丝速度为2m/min～7m/min(焊丝的组分包括质量比为0.05％～0.07％的碳、0.6％～0.9％的硅、1.3％～1.5％的锰、0.01％～0.015％的磷、0.004％～0.008％的硫、0.1％～0.15％的铜、0.004％～0.008％的镍以及0.04％～0.06％的铬)；退火电流为100A～160A；退火温度为500℃～900℃。从给出工艺及实施例中可以看出，该发明通过填丝激光焊接可以使焊缝更加饱满，从焊缝热影响区至基体的硬度过渡更加自然，但仍需填充焊丝，提高了生产成本，同时更为复杂的工艺使产品质量稳定性难以保证。
专利文献CN 104722904 A公开了一种生产冷轧780MPa及以下级别双相钢带的焊接工艺，该发明采用带头带尾对接进行闪光焊的方法，并使用焊后热处理工序以保证焊缝质量，具体的工艺参数为：闪光时间为6～12秒；焊接电流等级：3、4、5；顶锻时间：0.2～0.5秒；顶锻量：1.6～4.0毫米；顶锻力：300～800KN。从给出的工艺及实施例中可以看出，该发明中采用闪光焊配合焊后热处理得到优质的焊缝，但闪光焊对生产电网负荷较大，维修困难，同时仍需焊后热处理工艺进行辅助。
发明内容
本发明的目的在于提供一种600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法，其特征在于，该方法是将前卷带钢的尾部与后卷带钢的头部采用激光对焊，具体包括如下方法：
1)将前卷带钢的尾部及后卷带钢的头部经由焊机夹送辊在焊机前后分别形成小型弯曲(为剪切或重焊提供余量)，对带头带尾进行定位及对中后，使用双切剪对头尾进行剪切以保证焊机端面质量，同时在带尾一侧冲孔(目的是为机组自动控制系统提供焊缝具体位置，为了更全面的描述焊接工艺过程)，夹紧导板对带钢进行夹紧后焊机焊轮及碾压轮落下，保护气吹扫，激光从操作侧向传动侧移动，配合与激光一同行进的前后热装置进行对接焊接；
2)焊接工艺参数为：焊接前热温度为350-500℃，加热时间为1-3s；激光功率为10～12KW；焊接速率为4～6m/min；焊轮压力15～20KN；焊接后热温度为600-800℃，加热时间为1-3s，之后随环境冷却。
所述带钢的化学成分按照质量百分比计为：C 0.08％-0.10％、Mn 1.68％-1.83％、Si0.15％-0.25％、P≤0.017％、S≤0.010％、余量为Fe和不可避免的杂质。
所述钢带的宽度为1200-1600mm，厚度为3-4.5mm，屈服强度为340-460MPa，抗拉强度＞590MPa，延伸率≥18％。
焊接工艺设计理由如下：
焊接工艺设计的基本原则是避免轧制断带，冷轧轧制焊缝断带主要考虑两种情况：焊缝自身存在缺陷，塑性变形能力较差，现场生产时轧制断裂出现在焊缝处；焊缝区及热影响区力学性能与母材差异较大，造成轧制负荷出现波动，现场生产时轧制断裂出现在焊缝附近。
为避免上述两种情况的发生，在设计焊接工艺时应在保证焊缝质量的前提下，提高焊缝的塑性变形能力以通过冷轧的大变形量轧制。
激光功率：激光功率决定焊接的热输入效率，激光功率过低导致焊接热输入量不足，焊透性较差，焊缝正面与背面差异性较大，不利于后续的轧制变形；激光功率过高则造成焊缝热影响区的扩大及能源浪费，同时激光功率的上限也取决于激光焊机本身的设计能力。结合目前常见的现场生产设备将激光功率设计为10～12KW。
焊接速度：焊接速度与激光功率类似，通过影响热输入来影响焊缝质量，焊接速度过低使焊缝热影响区变大，同时不利于生产节奏的控制；焊接速度过高则影响焊缝的焊透性。故焊接速度设计为4～6m/min。
焊轮压力：焊轮碾压保证焊缝表面的平整性，减少焊缝缺陷同时降低焊缝两侧高度差。故焊轮压力设计为15～20KN。
前热功率：预热是焊接中最常用的防止氢致裂纹的办法之一。提高前热功率可以显著增加t8/3和t100，从而有利于氢的逸出，同时可降低接头的应力集中；由于焊接时为局部加热，过高的前热功率将导致热影响区额外的应力集中。故前热温度为350-500℃。
后热功率：后热装置是控制焊缝冷却速度的关键因素，合理的焊缝的冷却速度可以使热影响区的组织，最终降低焊接热影响区的硬度和脆性，提高塑性，同时松弛焊缝附近的应力集中。故焊接后热温度为600-800℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明采用激光焊接配合前后热装置，避免了闪光焊的缺点，降低生产成本及工序复杂性，同时大幅度提升生产速度及焊缝质量，达到高效稳定的进行600MPa级冷轧双相钢热轧基板焊接的目的。
2)采用本发明的工艺得到的焊缝，杯凸实验未出现沿焊缝开裂的现象，经拉伸实验后断裂位置均在母材区域，焊缝区域硬度较小低于350HV，且与母材区域硬度差较小约为150～180HV，经酸洗及轧制工序后未出现因焊缝质量导致的断带情况，满足企业生产需求。
附图说明
图1为实施例1焊缝的杯凸实验结果；
图2为实施例焊缝组织金相图；
图3为实施例焊缝区域硬度分布图；
图4为实施例焊缝力学实验结果。
具体实施方式
通过实施例对本发明进行更详细的描述，这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。
实施例钢质化学成分见表1。
表1实施例钢质化学成分
Figure BDA0003022111510000041
经计算，该600MPa级双相钢的碳当量及裂纹敏感系数分别为0.39％和0.18％，属于焊接性中等的材料。
实施例规格：4.00mm*1485mm。
带钢采用酸轧联合机组中的激光焊机进行生产，带钢头尾经双切剪进行剪切以保证焊接端面质量，夹紧导板落下夹紧使带钢更加平整。焊接工艺参数见表2。
表2焊接工艺参数
Figure BDA0003022111510000042
经上述焊接工艺实施后的焊缝经过酸洗、多次张力辊的弯折及大变形的冷轧工序后焊缝质量良好，无焊缝断带现象。
如图1所示实施例1杯凸实验结果合格，未出现沿焊缝开裂的现象；如图2所示焊缝饱满度较好，无明显焊接缺陷；如图3所示焊缝区域峰值硬度低于350HV，与母材区域硬度差较小约150HV；如图4所示焊缝强度高于母材区域，拉伸实验中未出现在焊缝处断裂的现象。
由上述实施例可见，采用本发明的焊接工艺，生产出的600MPa级冷轧双相钢热轧基板焊缝质量良好，在冷轧生产中无断带现象，满足企业生产需求。

Claims (3)

1.600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法，其特征在于，该方法是将前卷带钢的尾部与后卷带钢的头部采用激光对焊，具体包括如下方法：
1)将前卷带钢的尾部及后卷带钢的头部经由焊机夹送辊在焊机前后分别形成小型弯曲，对带头带尾进行定位及对中后，使用双切剪对头尾进行剪切，同时在带尾一侧冲孔，夹紧导板对带钢进行夹紧后焊机焊轮及碾压轮落下，保护气吹扫，激光从操作侧向传动侧移动，配合与激光一同行进的前后热装置进行对接焊接；
2)焊接工艺参数为：焊接前热温度为350-500℃，加热时间为1-3s；激光功率为10～12KW；焊接速率为4～6m/min；焊轮压力15～20KN；焊接后热温度为600-800℃，加热时间为1-3s，之后随环境冷却。
2.根据权利要求1所述的600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法，其特征在于，所述带钢的化学成分按照质量百分比计为：C 0.08％-0.10％、Mn 1.68％-1.83％、Si0.15％-0.25％、P≤0.017％、S≤0.010％、余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的600MPa级冷轧双相钢热轧基板激光焊接的方法，其特征在于，所述钢带的宽度为1200-1600mm，厚度为3-4.5mm，屈服强度为340-460MPa，抗拉强度＞590MPa，延伸率≥18％。
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