CN113523558A - 一种酸连轧产线带钢激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，属于板带冷轧生产方法技术领域。本发明的技术方案是：（1）在酸连轧入口采用激光焊方法对生产序列中的前后相邻两卷板带进行焊接，根据待焊板带的平均碳当量和平均厚度确定焊接模型参数，包括焊接速度、离焦量以及前热和后热工艺；（2）采用杯突试验方法对焊缝进行测试，同时根据杯突时焊缝处开裂的裂纹位置和走向确定焊缝质量。本发明的有益效果是：可以实现碳当量在0.0015‑0.8以及厚度在1.5‑6mm范围的相同材质‑不同/相同厚度或者不同材质‑不同/相同厚度下的带钢焊接，焊后焊缝完整性好，杯突检测时焊缝开裂均垂直于焊缝，避免了冷轧轧制过程中由于焊缝质量而导致断带，提高了产线的生产效率。

Description

一种酸连轧产线带钢激光焊接方法

技术领域

本发明涉及一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，属于板带冷轧生产方法技术领域。

背景技术

现代的酸轧联合机组中带钢在头部上料，经过上下线开卷并进行简单矫直后，焊机将上下线钢板头尾焊接后送进入口活套，入口活套一般为双层活套，经过两次纠偏后送入拉矫机进行破磷矫直，再送入浅槽紊流盐酸洗，一般经过 10-12对挤酸挤水辊后进入烘干机烘干，再送入出口一层活套，带钢从出口一层活套出来后经纠偏通过圆盘剪进行剪边处理，再送入出口二层活套，然后经过两对 S 辊改变张力并纠偏后进入五架轧机，根据钢种及厚度要求分配不同架次的压下率分配，轧制成满足厚度、板型和表面要求的冷硬带钢，最后通过轮盘卷取下线。

在酸轧联合机组中，关键在于带钢的连续生产，因为一旦发生带钢在生产线断开，尤其在酸洗段或机架间发生焊缝处断带，将造成恶性的生产事故，会造成停机损失和大量的废品损失，而带钢的连续生产，正是依靠焊机来实现首尾焊接。目前在酸连轧产线中，采用的焊接方法有闪光对焊和激光焊，其中激光焊接对比传统的闪光焊接优点在于：激光功率密度大、焊接热影响区域小、焊接工艺相对安全、环保、焊渣飞溅相对少、焊缝连续均匀且平滑不高出基板等。即便存在上述优点，在采用激光焊的连续生产中，发现焊后肉眼及检测观察焊缝完好，但在轧制过程中仍出现焊缝轧裂，造成的损失太大。

发明内容

本发明目的是提供一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，在酸连轧工序中采用激光焊焊接方法连接前后热轧板带以实现连续酸洗和轧制，可以实现碳当量在0.0015-0.8以及厚度在1.5-6mm范围的相同材质-不同/相同厚度或者不同材质-不同/相同厚度下的板带焊接，焊后焊缝完整性好，杯突检测时焊缝开裂均垂直于焊缝，避免了冷轧轧制过程中由于焊缝质量而导致断带，提高了产线的生产效率，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，包含以下步骤：（1）在酸连轧入口采用激光焊方法对生产序列中的前后相邻两卷板带，板带一和板带二，进行焊接，在激光输出功率一定时，根据待焊板带的平均碳当量和平均厚度确定焊接模型参数，包括焊接速度、离焦量以及前热和后热工艺；（2）采用杯突试验方法对焊缝进行测试，进一步验证工艺模型的合理性，同时根据杯突时焊缝处开裂的裂纹位置和走向确定焊缝质量。

所用激光器的最大输出功率为12kW，为连续波激光，最大焊接速度为15m/min，前热和后热采取感应加热，最大加热功率P为40kW，焊接时根据待焊板带特性决定是否投入及比例。

所述待焊板带的碳当量计算方法为：

CE=C%+Mn/6+Si/18+Cr/5+Ni/40+V/14+Mo/4

待焊板带成分，即质量百分比为C≤0.40%，Mn≤2.5%， Si≤2.5%，Cr≤1.0%，Mo≤0.5%，Ni≤0.10%，V≤0.20%,其余为Fe、其他合金元素以及不可避免的杂质；

其中板带一与板带二的碳当量分别表示为CE₍₁₎和CE₍₂₎，平均碳当量CE_AV=CE₍₁₎+CE₍₂₎/2，待焊板带的碳当量范围为0.0015-0.80；

板带一和板带二的厚度分别为t₁和t₂，平均厚度为t_AV=t₁+t₂/2，单位为mm，待焊板带厚度范围为1.5-6.0mm，且满足｜t₁-t₂｜≤1.0mm。

所述离焦量与待焊板带平均厚度关系为D_f =-k*t_AV，k∈[0.25, 0.50]，碳当量越高，k值越大，

当CE_AV=0.0015，k=0.25，

当CE_AV=0.8，k=0.50，

碳当量在上述两者之间时，则采用线性插值方法获取，如下

k=5/16*(CE_AV-0.0015)+0.25 。

所述激光输出功率为12kW，焊接速度与待焊板带平均厚度的关系在数值上可以表示为：v(m/min)=[11-t_AV(mm)]±0.5。

所述根据前后待焊板带平均碳当量确定焊接模式：

（a） 0.0015≤CE_AV≤0.30，采用模式：前热+焊接；

（b） 0.30＜CE_AV≤0.60，采用模式：前热+焊接+一次后热；

（c） 0.60＜CE_AV≤0.80，采用模式：前热+焊接+一次后热+二次后热。

所述待焊板带的平均碳当量给定，则根据前后待焊板带的平均厚度确定前热和后热工艺及投入比例；

（a） 0.0015≤CE_AV≤0.30，采用前热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，其中投入系数k1∈[0.15, 0.30]

前热投入系数与待焊板带平均厚度t_AV呈线性关系，且

t_AV=1.5mm时，k1=0.15，

t_AV=6.0mm时，k1=0.30，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=1/30*(t_AV-1.5)+0.15；

（b）0.30＜CE_AV≤0.60，采用前热和一次后热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，其中投入系数为k1∈[0.30，0.60]

前热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系，

t_AV=1.5mm时，k1=0.30，

t_AV=6.0mm时，k1=0.60，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=1/15*(t_AV-1.5)+0.30；

一次后热工艺为：

后热投入功率为k2*P ，其中投入系数k2=∈[0，1.0]

后热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系

t_AV=1.5mm时，k2=0，

t_AV=6.0mm时，k2=1.0，

当厚度位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k2，即

k2=2/9*(t_AV-1.5)；

（c） 0.60＜CE_AV≤0.80，采取前热、一次后热和二次后热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，k1∈[0.60,1.0]

前热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系，

t_AV=1.5mm时，k1=0.60，

t_AV=6.0mm时，k1=1.0，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=4/45*(t_AV-1.5)+0.6 ；

后热工艺为：

一次后热投入功率为k2*P，其中投入系数为k2=1

二次后热投入功率为k3*P，其中投入系数k3=1。

焊接时，在正面和背面采用侧吹保护气体，所用保护气体为氦气，气体流量为L(l/min)：10-15，保护气管离工件的高度H(mm)=10-12，保护气管与热源的水平距离D(mm)=30-35，保护气管的水平夹角β=35°±2。

所述步骤（2）中，杯突试验后，开裂裂口走向垂直于焊缝时判定为合格，沿着焊缝开裂判定为不合格。

本发明的有益效果是：在酸连轧工序中采用激光焊焊接方法连接前后热轧板带以实现连续酸洗和轧制，可以实现碳当量在0.0015-0.8以及厚度在1.5-6mm范围的相同材质-不同/相同厚度或者不同材质-不同/相同厚度下的板带焊接，焊后焊缝完整性好，杯突检测时焊缝开裂均垂直于焊缝，避免了冷轧轧制过程中由于焊缝质量而导致断带，提高了产线的生产效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明合格焊缝形貌图；

图3是本发明不合格焊缝形貌图；

图中：板带一1、板带二2、激光头移动方向3、板带宽度方向4、保护气5、激光束6、熔池7、小孔8。

具体实施方式

为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。

一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，包含以下步骤：（1）在酸连轧入口采用激光焊方法对生产序列中的前后相邻两卷板带，板带一和板带二，进行焊接，在激光输出功率一定时，根据待焊板带的平均碳当量和平均厚度确定焊接模型参数，包括焊接速度、离焦量以及前热和后热工艺；（2）采用杯突试验方法对焊缝进行测试，进一步验证工艺模型的合理性，同时根据杯突时焊缝处开裂的裂纹位置和走向确定焊缝质量。

所用激光器的最大输出功率为12kW，为连续波激光，最大焊接速度为15m/min，前热和后热采取感应加热，最大加热功率P为40kW，焊接时根据待焊板带特性决定是否投入及比例。

所述待焊板带的碳当量计算方法为：

CE=C%+Mn/6+Si/18+Cr/5+Ni/40+V/14+Mo/4 公式（1）

待焊板带成分，即质量百分比为C≤0.40%，Mn≤2.5%， Si≤2.5%，Cr≤1.0%，Mo≤0.5%，Ni≤0.10%，V≤0.20%,其余为Fe、其他合金元素以及不可避免的杂质；

其中板带一与板带二的碳当量分别表示为CE₍₁₎和CE₍₂₎，平均碳当量CE_AV=CE₍₁₎+CE₍₂₎/2，待焊板带的碳当量范围为0.0015-0.80；

板带一和板带二的厚度分别为t₁和t₂，平均厚度为t_AV=t₁+t₂/2，单位为mm，待焊板带厚度范围为1.5-6.0mm，且满足｜t₁-t₂｜≤1.0mm。

所述离焦量与待焊板带平均厚度关系为D_f =-k*t_AV，k∈[0.25, 0.50]，碳当量越高，k值越大，

当CE_AV=0.0015，k=0.25，

当CE_AV=0.8，k=0.50，

碳当量在上述两者之间时，则采用线性插值方法获取，如下

k=5/16*(CE_AV-0.0015)+0.25 。 公式（2）

所述激光输出功率为12kW，焊接速度与待焊板带平均厚度的关系在数值上可以表示为：v(m/min)=[11-t_AV(mm)]±0.5。 公式（3）

所述根据前后待焊板带平均碳当量确定焊接模式：

（a） 0.0015≤CE_AV≤0.30，采用模式：前热+焊接；

（b） 0.30＜CE_AV≤0.60，采用模式：前热+焊接+一次后热；

（c） 0.60＜CE_AV≤0.80，采用模式：前热+焊接+一次后热+二次后热。

所述待焊板带的平均碳当量给定，则根据前后待焊板带的平均厚度确定前热和后热工艺及投入比例；

（a） 0.0015≤CE_AV≤0.30，采用前热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，其中投入系数k1∈[0.15, 0.30]

前热投入系数与待焊板带平均厚度t_AV呈线性关系，且

t_AV=1.5mm时，k1=0.15，

t_AV=6.0mm时，k1=0.30，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=1/30*(t_AV-1.5)+0.15； 公式（4）

（b）0.30＜CE_AV≤0.60，采用前热和一次后热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，其中投入系数为k1∈[0.30，0.60]

前热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系，

t_AV=1.5mm时，k1=0.30，

t_AV=6.0mm时，k1=0.60，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=1/15*(t_AV-1.5)+0.30； 公式（5）

一次后热工艺为：

后热投入功率为k2*P ，其中投入系数k2=∈[0，1.0]

后热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系

t_AV=1.5mm时，k2=0，

t_AV=6.0mm时，k2=1.0，

当厚度位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k2，即

k2=2/9*(t_AV-1.5)； 公式（6）

（c） 0.60＜CE_AV≤0.80，采取前热、一次后热和二次后热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，k1∈[0.60,1.0]

前热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系，

t_AV=1.5mm时，k1=0.60，

t_AV=6.0mm时，k1=1.0，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=4/45*(t_AV-1.5)+0.6 ； 公式（7）

后热工艺为：

一次后热投入功率为k2*P，其中投入系数为k2=1

二次后热投入功率为k3*P，其中投入系数k3=1。

焊接时，在正面和背面采用侧吹保护气体，所用保护气体为氦气，气体流量为L(l/min)：10-15，保护气管离工件的高度H(mm)=10-12，保护气管与热源的水平距离D(mm)=30-35，保护气管的水平夹角β=35°±2。

所述步骤（2）中，杯突试验后，开裂裂口走向垂直于焊缝时判定为合格，沿着焊缝开裂判定为不合格。

本发明设计思路如下：

1、碳当量

高强钢的激光焊需考虑化学成分对焊接性能的影响，在不同的化学成分下，焊接工艺参数对各钢质焊缝质量影响的差异性体现得尤为明显。各参数之间相互影响，必须通过金相、硬度及拉伸试验等测试方法分析焊缝区域的性能，需要进行重复试验来找出某种材质对应的最佳参数组合。激光焊接是熔化焊的一种，随着钢中含碳量增加，焊接后的冷脆现象也越明显，增加了焊接难度。根据合金成分对钢质焊接性能的影响，采用了碳当量(CE )的经验公式，如下：

CE=C%+Mn/6+Si/18+Cr/5+Ni/40+V/14+Mo/4

碳当量较低的钢焊接性好，焊缝塑性良好，轧机连续轧制过程中极少发生断带。碳当量增高，焊接性能下降，焊缝硬化程度较高，尤其是超过 0.30之后，焊接难度明显增高，因此需要根据待焊板带的碳当量设计焊接模式和工艺参数。

2、激光功率

激光器的输出功率即激光功率是激光焊接中最重要的工艺参数，激光功率的不同，材料在焊接加热的过程中伴随着一系列的物理的、化学的、力学的及冶金的变化也不相同，这些变化都直接或间接地影响到焊接接头的力学性能和组织结构。激光器输出功率越大，熔池吸收热量越多。为形成小孔效应，保证板带焊透，使聚焦光斑具有足够高的功率密度，需要足够的输出功率.激光功率和焊接速度之间的匹配会影响焊接热输入，从而影响焊缝熔宽和熔深、及最终的焊缝质量。

3、离焦量

激光器发出高斯光束，在光学系统中按照高斯光束传播变换的规律行进，激光束通过聚焦镜后，会出现束腰。其焊接工艺是使焦平面离工件表面一小段距离，即为离焦量，焦平面深入工件的称为负离焦，在工件之外的称为正离焦。离焦量不仅影响工件表面光斑直径的大小，而且影响光束的入射方向，因而对焊缝形状、熔深和横截面积有较大影响。激光焊接之前需要调整激光相对工件位置的高度距离，以便能使材料接受到最大的激光辐射。因为激光束焦点处光斑中心的功率密度高，容易使金属蒸发成孔。因此，激光焊接通常需要有一定的离焦量。负离焦时，小孔内的功率密度比工件表面的高，蒸发更加强烈，可获得更大的熔深，这与熔池形成过程有关；正离焦时，易形成“钉头”状焊缝，且熔深减小。因此，在实际应用时，需要根据待焊板材确定离焦量。

4、焊接速度

激光焊接时激光是通过很小的直径向材料“注入”热量，材料的升温速度很快，能在很短的时间内达到很高的温度。工件的穿透深度可以通过激光功率密度来控制。激光焊接时材料的熔化在很短的周期内完成，并以很快的速度凝固，导致焊缝组织与常规熔凝组织区别较大。在激光功率和离焦量等条件不变的情况下，焊接速度是影响焊缝熔池形状及焊接质量的重要工艺参数。焊接速度不同，熔池中心及边缘温度梯度、液态合金材料的散热情况、熔深熔宽以及熔池形状等均不同。

焊接时，可以用线能量来描述焊件接受激光辐射能量的情况，线能量是指单位长度焊缝接受的激光能量。在一定的激光功率下，提高焊接速度，焊接的线能量下降，熔深减小。因而适当降低焊接速度可加大熔深。激光焊接时，要根据材料的热物理性质、焊接接头形式和工件厚度等条件选择焊接速度，应能使材料吸收到足够的激光能量，实现充分的熔化，获得理想的熔深。若焊接速度过低，熔深不会再增加，反而使焊缝熔宽增大。说明由于线能量增加，熔化区加大，同时小孔区的温度上升，等离子体的浓度增加，对激光的吸收系数增加。速度低至一定值，穿透等离子体到达小孔底部的激光功率密度过小，不足以汽化材料，金属蒸汽压不足以维持小孔，小孔不仅不再加深，甚至使小孔崩溃，焊接过程蜕变为传导型。对于给定的激光功率等条件，存在一维持深熔焊接的最低和最高焊接速度。

5、前热与后热工艺

冷轧带钢激光焊接配置有前热和后热(退火)功能，主要是为了改善板型以待焊接、消除带钢的残余应力和改善组织性能，前热功率与后热功率参数的选择不影响焊缝表面质量，无法通过焊缝检测系统和人工检查来辨别参数设置是否合理，但前热功率与后热功率的正确设置选用对于改善带钢焊缝内部性能，尤其是高强钢硬脆性起着关键作用，两者参数设置如果不当，会导致焊缝放行后在连轧机组断带，造成产线停车。因此，前热和热是激光焊工艺参数模型中设置选用的重点和难点。

6、保护气体

激光对熔池的持续辐射，将在熔池上方形成等离子体云，它限制了激光的通过，对激光有散射作用，如不予以限制，会影响熔深并降低焊缝强度。在激光焊接过程中采用保护气体对焊缝进行吹扫，一方面可以防止焊缝的氧化和气孔产生，而且还能把等离子体云吹散，增加熔池对激光能量的吸收。激光焊接过程使用惰性气体来保护熔池。在气体流量方面，若辅助气体流量过小，不能驱离小孔表面的等离子体云，对焊缝及镜片的保护效果也不好；气体流量过大，带走大量热能，而且会加大紊流度，对熔池搅拌作用加剧，易造成焊缝气孔等缺陷。

采用上述方法进行激光焊接，表1为待焊板带选用的成分及规格信息，表2为同种材料在相同/不同厚度下的焊接工艺模型参数，共计10个实施例；表3为不同材料在相同/不同厚度下的焊接工艺模型参数，共计16个实施例，下面对部分实施例进行解释。

其中：

CE:碳当量

CEAV：待焊板带的平均碳当量

k：离焦量系数

v(m/min):焊接速度

k1：前热投入系数

k2:一次后热投入系数

k3：二次后热投入系数

L(L/min)：保护气体流量

H(mm): 保护气管离工件的高度

D(mm): 保护气管与热源的水平距离

β(°)：保护气管的水平夹角

实施例1

同种材质-不同厚度

待焊板带：板带1-板带1，成分如表1，

厚度分别为：2.3mm和2.5mm，厚度差为0.2mm，

平均厚度t_AV=2.4mm

根据公式(1)计算获得平均碳当量为：CE_AV=0.015

根据公式(2)计算获得离焦量系数k=0.254

根据公式(3)计算获得焊接速度v的范围为8.1-9.1m/min，

由于CE_AV=CE₍₁₎=CE₍₂₎=0.015，模式为：前热+焊接

根据公式(4)计算获得前热投入系数k1=0.18

气体流量L、保护气管离工件高度H、保护气管与热源的水平距离D以及保护气管的水平夹角如表2所示。

实施例5

同种材质-同种厚度

待焊板带：板带5-板带5，成分如表1，

厚度分别为：3.0mm和3.0mm，厚度差为0mm，

平均厚度t_AV=3.0mm

根据公式(1)计算获得平均碳当量为：CE_AV=0.51

根据公式(2)计算获得离焦量系数k=0.409

根据公式(3)计算获得焊接速度v的范围为7.5-8.5m/min，

由于CE_AV=0.51，模式为：前热+焊接+一次后热

根据公式(5)计算获得前热投入系数k1=0.40

根据公式(6)计算获得一次后热投入系数k2=0.33

气体流量L、保护气管离工件高度H、保护气管与热源的水平距离D以及保护气管的水平夹角如表2所示。

实施例10

同种材质-不同厚度

待焊板带：板带10-板带10，成分如表1，

厚度分别为：6.0mm和5.5mm，厚度差为0.5mm，

平均厚度t_AV=5.75mm

根据公式(1)计算获得平均碳当量为：CE_AV=0.34

根据公式(2)计算获得离焦量系数k=0.356

根据公式(3)计算获得焊接速度v的范围为4.75-5.75m/min，

由于CE_AV=0.34，模式为：前热+焊接+一次后热

根据公式(5)计算获得前热投入系数k1=0.58

根据公式(6)计算获得一次后热投入系数k2=0.94

气体流量L、保护气管离工件高度H、保护气管与热源的水平距离D以及保护气管的水平夹角如表2所示。

实施例14

不同材质-相同厚度

待焊板带：板带3-板带8，成分如表1，

厚度分别为：4.0mm和4.0mm，厚度差为0mm，

平均厚度t_AV=4.0mm

根据公式(1)计算获得平均碳当量为：CE_AV=0.69

根据公式(2)计算获得离焦量系数k=0.465

根据公式(3)计算获得焊接速度v的范围为6.5-7.5m/min，

由于CE_AV=0.69，模式为：前热+焊接+一次后热+二次后热

根据公式(7)计算获得前热投入系数k1=0.82

一次和二次后热投入系数k2=k3=1.0

气体流量L、保护气管离工件高度H、保护气管与热源的水平距离D以及保护气管的水平夹角如表3所示。

实施例18

不同材质-相同厚度

待焊板带：板带5-板带10，成分如表1，

厚度分别为：3.2mm和3.2mm，厚度差为0mm，

平均厚度t_AV=3.2mm

根据公式(1)计算获得平均碳当量为：CE_AV=0.425

根据公式(2)计算获得离焦量系数k=0.382

根据公式(3)计算获得焊接速度v的范围为7.3-8.3m/min，

由于CE_AV=0.425，模式为：前+焊接+一次后热

根据公式(5)计算获得前热投入系数k1=0.41

根据公式(6)计算获得一次后热投入系数k2=0.38

气体流量L、保护气管离工件高度H、保护气管与热源的水平距离D以及保护气管的水平夹角如表3所示。

实施例26

不种材质-不同厚度

待焊板带：板带9-板带10，成分如表1，

厚度分别为：5.0mm和6.0mm，厚度差为1.0mm，

平均厚度t_AV=5.5mm

根据公式(1)计算获得平均碳当量为：CE_AV=0.39

根据公式(2)计算获得离焦量系数k=0.371

根据公式(3)计算获得焊接速度v的范围为5.0-6.0m/min，

由于CE_AV=0.39，模式为：前热+焊接+一次后热

根据公式(5)计算获得前热投入系数k1=0.57

根据公式(6)计算获得一次后热投入系数k2=0.89

气体流量L、保护气管离工件高度H、保护气管与热源的水平距离D以及保护气管的水平夹角如表3所示。

表1 待焊板带信息

表2同种材料在相同/不同厚度下的焊接工艺模型参数

注释：+：表示采用；-：表示未采用。

待焊焊板1-1表示为板带1与板带1之间进行焊接，以此类推。

表3 不同材料在相同/不同厚度下的焊接工艺模型参数

注释：+：表示采用；-：表示未采用。

待焊焊板1-6表示为板带1与板带6之间进行焊接，以此类推。

min：表示最小值；max：表示最大值。

Claims (9)

1.一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于包含以下步骤：（1）在酸连轧入口采用激光焊方法对生产序列中的前后相邻两卷板带，板带一和板带二，进行焊接，在激光输出功率一定时，根据待焊板带的平均碳当量和平均厚度确定焊接模型参数，包括焊接速度、离焦量以及前热和后热工艺；（2）采用杯突试验方法对焊缝进行测试，进一步验证工艺模型的合理性，同时根据杯突时焊缝处开裂的裂纹位置和走向确定焊缝质量。

2.根据权利要求1所述的一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于：所用激光器的最大输出功率为12kW，为连续波激光，最大焊接速度为15m/min，前热和后热采取感应加热，最大加热功率P为40kW，焊接时根据待焊板带特性决定是否投入及比例。

3.根据权利要求1所述的一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于：所述待焊板带的碳当量计算方法为：

CE=C%+Mn/6+Si/18+Cr/5+Ni/40+V/14+Mo/4

待焊板带成分，即质量百分比为C≤0.40%，Mn≤2.5%， Si≤2.5%，Cr≤1.0%，Mo≤0.5%，Ni≤0.10%，V≤0.20%,其余为Fe、其他合金元素以及不可避免的杂质；

其中板带一与板带二的碳当量分别表示为CE₍₁₎和CE₍₂₎，平均碳当量CE_AV=CE₍₁₎+CE₍₂₎/2，待焊带钢的碳当量范围为0.0015-0.80；

板带一和板带二的厚度分别为t₁和t₂，平均厚度为t_AV=t₁+t₂/2，单位为mm，待焊板带厚度范围为1.5-6.0mm，且满足｜t₁-t₂｜≤1.0mm。

4.根据权利要求1所述的一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于：所述离焦量与待焊板带平均厚度关系为D_f =-k*t_AV，k∈[0.25, 0.50]，碳当量越高，k值越大，

当CE_AV=0.0015，k=0.25，

当CE_AV=0.8，k=0.50，

碳当量在上述两者之间时，则采用线性插值方法获取，如下

k=5/16*(CE_AV-0.0015)+0.25 。

5.根据权利要求1所述的一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于：所述激光输出功率为12kW，焊接速度与待焊板带平均厚度的关系在数值上可以表示为：v(m/min)=[11-t_AV(mm)]±0.5。

6.根据权利要求1所述的一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于：所述根据前后待焊板带平均碳当量确定焊接模式：

（a） 0.0015≤CE_AV≤0.30，采用模式：前热+焊接；

（b） 0.30＜CE_AV≤0.60，采用模式：前热+焊接+一次后热；

（c） 0.60＜CE_AV≤0.80，采用模式：前热+焊接+一次后热+二次后热。

7.根据权利要求1所述的一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于：所述待焊板带的平均碳当量给定，则根据前后待焊板带的平均厚度确定前热和后热工艺及投入比例；

（a） 0.0015≤CE_AV≤0.30，采用前热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，其中投入系数k1∈[0.15, 0.30]

前热投入系数与待焊板带平均厚度t_AV呈线性关系，且

t_AV=1.5mm时，k1=0.15，

t_AV=6.0mm时，k1=0.30，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=1/30*(t_AV-1.5)+0.15；

（b）0.30＜CE_AV≤0.60，采用前热和一次后热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，其中投入系数为k1∈[0.30，0.60]

前热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系，

t_AV=1.5mm时，k1=0.30，

t_AV=6.0mm时，k1=0.60，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=1/15*(t_AV-1.5)+0.30；

一次后热工艺为：

后热投入功率为k2*P ，其中投入系数k2=∈[0，1.0]

后热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系

t_AV=1.5mm时，k2=0，

t_AV=6.0mm时，k2=1.0，

当厚度位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k2，即

k2=2/9*(t_AV-1.5)；

（c） 0.60＜CE_AV≤0.80，采取前热、一次后热和二次后热工艺

前热工艺为：

前热投入功率为k1*P，k1∈[0.60,1.0]

前热投入系数与待焊板带的平均厚度t_AV呈线性关系，

t_AV=1.5mm时，k1=0.60，

t_AV=6.0mm时，k1=1.0，

当平均厚度t_AV位于上述两者之间时，则采用线性插值的方法获取k1，即

k1=4/45*(t_AV-1.5)+0.6 ；

后热工艺为：

一次后热投入功率为k2*P，其中投入系数为k2=1

二次后热投入功率为k3*P，其中投入系数k3=1。

8.根据权利要求1所述的一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于：焊接时，在正面和背面采用侧吹保护气体，所用保护气体为氦气，气体流量为L(l/min)：10-15，保护气管离工件的高度H(mm)=10-12，保护气管与热源的水平距离D(mm)=30-35，保护气管的水平夹角β=35°±2。

9.根据权利要求1所述的一种酸连轧产线带钢激光焊接方法，其特征在于：所述步骤（2）中，杯突试验后，开裂裂口走向垂直于焊缝时判定为合格，沿着焊缝开裂判定为不合格。

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