CN113732498B - 一种高牌号硅钢板的激光焊接方法 - Google Patents

一种高牌号硅钢板的激光焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高牌号硅钢板的激光焊接方法，目的在于改善常化工艺前焊接焊缝和常化工艺后焊接焊缝质量，避免产生焊接缺陷及裂纹，降低连续生产过程中硅钢板的断带率，提高生产效率。所用硅钢板的Si含量为1.75－3.45％，均为质量比，厚度为1.85－2.90mm。本方法的特征在于根据前后两卷高牌号硅钢板的总含Si量(Si1+Si2)和总厚度(h1+h2)调整激光焊接的焊接功率和后加热退火工艺的加热退火功率，实现单面拼接焊。本方法根据钢材总含Si量及总厚度的不同，给出了具体的激光焊接工艺参数。采用该方法，可以改善焊缝显微组织，降低焊缝区域与母材区域的硬度差，减少焊接应力，提高焊缝质量；此外还具有焊接耗能少的优点。

Description

一种高牌号硅钢板的激光焊接方法
技术领域
本发明涉及冶金技术与材料科学技术领域，具体涉及一种高牌号硅钢板的激光焊接方法。
背景技术
高牌号硅钢是指硅含量超过1.7％(质量比，下同)的硅钢，与普通硅钢相比，生产高牌号硅钢时需要经过常化工艺，为了实现连续生产，在常化工序前，需要采用焊接技术将前后两带钢进行连接。由于高牌号硅钢板在常化热处理过程中，内部晶粒变得粗大，残余应力分布不均匀，易导致常化过程中发生炉内断带。同时轧前加热系统的广泛应用，使部分高牌号硅钢板可以实现连轧轧制，在连轧轧制前也需要采用焊接技术将前后两带钢进行连接，而高牌号硅钢板连轧轧制时焊缝易在拉矫机和轧机内断带，导致生产终止，大大影响生产效率。因此，如何保证良好的焊缝质量、降低焊缝断带率是稳定生产高牌号硅钢板需要首先攻克的难题。
激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小及易于实现自动化等特点，已广泛应用于工业生产中，同样也适用于钢铁板材的焊接。公开号为 CN106041305A的中国专利公开了一种高硅钢激光焊接方法，具体的工艺流程：
1).原料准备，Si含量为3.5～7％，均为质量比，其余为铁和杂质元素；冶炼，浇铸；锻造或开坯成板坯；热轧到1～3.5㎜；温轧到0.3～1㎜；冷轧到0.1～0.3㎜。
2).对温轧板和热轧板做平整，焊接端部进行切、磨，酸洗；冷轧板端口切、磨。
3).用夹具将高硅钢端口压平，对齐，夹紧。
4).焊接前预热夹具及高硅钢(75～350℃)，厚度较厚板材可以适当提高预热温度。
5).进行激光焊接，加热持续保温。
6).焊后保温1～5min，缓慢降低感应功率，温度逐渐降至室温。
但是，这种激光焊接方法的激光光源为YAG固体激光器或光纤激光器对激光器的性能要求较高，投入成本高；其次，这种激光焊接方法主要针对Si含量超过3.5％的超高硅钢材，其焊接过程需要焊前预热、焊中保温以及焊后保温缓冷，焊缝质量良好；但是对于Si含量低于3.5％的高牌号硅钢，使用该方法焊接，存在耗能高的问题。因此需要发明一种焊接方法，达到降低高牌号硅钢连续生产过程中钢卷断带率的目的。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中高牌号硅钢板的激光焊接方法存在焊缝断带率高、耗能大的缺陷，从而提供一种高牌号硅钢板的激光焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种高牌号硅钢板的激光焊接方法，包括以下步骤：
获取前硅钢板的含硅量Si1和厚度h1、后硅钢板的含硅量Si2和厚度h2；其中，前硅钢板和后硅钢板的含硅量和厚度需同时满足如下预设条件： 4.0mm≤h1+h2≤5.5mm，4.0％≤Si1+Si2≤6.4，且│h1－h2│≤0.30 mm，│Si1－Si2│≤0.5％；
根据前后两块硅钢板的总含硅量(Si1+Si2)的所处范围区间，在总含硅量和焊接速度的对应关系数据库中获取与所述总含硅量(Si1+Si2)的所处范围区间对应的焊接速度V，根据所述焊接速度V和前后两块硅钢板的总厚度(h1+h2) 计算得到焊接功率P；
激光焊接器以所述焊接功率P对所述前硅钢板和所述后硅钢板之间的板间间隙进行焊接。
进一步地，所述总含硅量和焊接速度的对应关系数据库包括：
当4.0％≤总含硅量(Si1+Si2)＜5.0％时，对应的焊接速度V为(4.15±0.15) m/min；
当5.0％≤总含硅量(Si1+Si2)＜6.0％时，对应的焊接速度V为(4.45±0.15) m/min；
当6.0％≤总含硅量(Si1+Si2)＜6.4％时，对应的焊接速度V为(4.75±0.15) m/min。
进一步地，所述前硅钢板和所述后硅钢板之间的板间间隙为0.04-0.05mm。
进一步地，在所述激光焊接器焊接的过程中，所述激光焊接器的离焦量为 8－10mm。
进一步地，还包括：
在总含硅量和加热退火功率的对应关系数据库中获取与所述总含硅量 (Si1+Si2)的所处范围区间对应的加热退火功率；
根据获得的所述加热退火功率对焊接完成后前后两块硅钢板进行退火处理。
进一步地，所述总含硅量和加热退火功率的对应关系数据库包括：
当4.0％≤总含硅量(Si1+Si2)＜5.0％时，对应的加热退火功率为(3±2) kW；
当5.0％≤总含硅量(Si1+Si2)＜6.0％时，对应的加热退火功率为(6±2) kW；
当6.0％≤总含硅量(Si1+Si2)＜6.4％时，对应的加热退火功率为(9±2) kW。
进一步地，所述激光焊接器为CO2气体激光器。
进一步地，所述激光焊接器采用单面焊接的方式对所述前硅钢板和所述后硅钢板之间的板间间隙进行焊接。
进一步地，在所述激光焊接器以所述焊接功率P对所述前硅钢板和所述后硅钢板之间的板间间隙进行焊接时，向焊接部位吹出保护气体，所述保护气体为氩气。
进一步地，所述前硅钢板和所述后硅钢板为热轧板或常化板。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的高牌号硅钢板的激光焊接方法，根据前后硅钢板的含硅量和厚度，调整激光焊接器的焊接功率，一方面可以提高焊缝质量，降低硅钢后续轧制生产过程中的断带率，提高生产效率；另一方面还可以降低激光焊接器的能耗。
2.本发明提供的高牌号硅钢板的激光焊接方法，通过焊后投入后加热退火功能，可以改善焊缝及热影响区的显微组织，降低焊缝区域与母材区域的硬度差，减少焊接应力，提高焊缝质量。
3.本发明提供的高牌号硅钢板的激光焊接方法，适用范围广泛，可用于高牌号硅钢不同母材之间的拼接焊，同时既适用于热轧板也适用于常化板，有利于生产排产，提高生产顺行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中高牌号硅钢板的激光焊接方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
一种高牌号硅钢板的激光焊接方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取前硅钢板的含硅量Si1和厚度h1，后硅钢板的含硅量Si2 和厚度h2；其中，前硅钢板和后硅钢板的含硅量和厚度需同时满足如下预设条件：4.0mm≤h1+h2≤5.5mm，4.0％≤Si1+Si2≤6.4％，且│h1－h2│≤0.30mm，│Si1－Si2│≤0.5％。
步骤S2：根据前后两块硅钢板的总含硅量(Si1+Si2)的所处范围区间，在总含硅量、焊接速度和加热退火功率的对应关系数据库中获取与总含硅量 (Si1+Si2)的所处范围区间对应的焊接速度V和加热退火功率，根据焊接速度 V和前后两块硅钢板的总厚度(h1+h2)计算得到焊接功率P。总含硅量、焊接速度和加热退火功率的对应关系数据库如下表所示：
Figure BDA0003262280050000051
Figure BDA0003262280050000061
焊接功率P＝a＊(h1+h2)＊焊接速度V，其中P的单位为kW，且按照四舍五入取两位小数，a为150(kW＊min/m2)，h的单位为m，焊接速度V的单位为m/min。
S3：激光焊接器以焊接功率P对前硅钢板和后硅钢板之间的板间间隙进行焊接。在焊接前，前硅钢板和后硅钢板之间的板间间隙为0.04-0.05mm；激光焊接器的离焦量为8－10mm，激光焊接器采用单面焊接的方式对前硅钢板和后硅钢板之间的板间间隙进行焊接。激光焊接器具体为12kWCO2气体激光器。在焊接时，向焊接部位吹出保护气体，保护气体为氩气。
S4：焊接后采用对应的加热退火功率对焊接的前后两块硅钢板进行退火处理。加热退火可以缓解由焊接完成瞬间冷却、特别是焊接区域温度较低而造成其内部产生的残余应力，降低焊缝区域与母材区域的硬度差。
上述高牌号硅钢板的激光焊接方法，具体的工艺流程：原料为热轧硅钢板，其厚度为1.85－2.90mm，Si含量质量比为1.75－3.45％，其余为铁和杂质元素；用夹具将热轧硅钢板坯端口压平、对齐、夹紧；在焊接过程中吹出保护气保护焊接部位，焊接方式为单面焊接；焊后投入后加热退火功能。
在本实施例的第一种具体实施方式中：激光焊接，采用12kW CO2气体激光焊接器，硅钢50WH470尾部与硅钢50W400头部拼焊，Si含量分别为2.3％和2.6％，总含Si量为4.9％，厚度分别为2.5mm和2.5mm，总厚度为5.0mm，用夹具将热轧硅钢板坯端口压平、对齐、夹紧；在焊接过程中吹出保护气保护焊接部位，焊接方式为单面焊接；焊后投入后加热退火功能。激光焊接工艺参数为焊接速度4.2m/min，离焦量10mm，板间隙0.05mm，后加热退后功率3kW，焊接功率 3.15kW。
焊缝无裂纹，杯凸试验未在焊缝处开裂，焊缝显微组织更加均匀，焊缝区域和母材的硬度差减小，焊缝应力集中减轻，后续轧制未发生断带现象。
在本实施例的第二种具体实施方式中：激光焊接，采用12kWCO2气体激光焊接器，硅钢50W400尾部与硅钢50W350头部拼焊，Si含量分别为2.6％和3.1％，总含Si量为5.7％，厚度分别为2.7mm和2.5mm，总厚度为5.2mm，用夹具将热轧硅钢板坯端口压平、对齐、夹紧；在焊接过程中吹出保护气保护焊接部位，焊接方式为单面焊接；焊后投入后加热退火功能。激光焊接工艺参数为焊接速度4.5m/min，离焦量9mm，板间隙0.04mm，后加热退后功率8kW，焊接功率3.51kW。
焊缝无裂纹，杯凸试验未在焊缝处开裂，焊缝显微组织更加均匀，焊缝区域和母材的硬度差减小，焊缝应力集中减轻，后续轧制未发生断带现象。
在本实施例的第三种具体实施方式中：激光焊接，采用12kWCO2气体激光焊接器，硅钢35WVV1900尾部与硅钢35WV1900头部拼焊，Si含量分别为3.05％和3.05％，总含Si量为6.1％，厚度为2.3mm和2.3mm，总厚度为4.6mm，用夹具将热轧硅钢板坯端口压平、对齐、夹紧；在焊接过程中吹出保护气保护焊接部位，焊接方式为单面焊接；焊后投入后加热退火功能。激光焊接工艺参数为焊接速度4.9m/min，离焦量8mm，板间隙0.04mm，后加热退后功率10kW，焊接功率3.38kW。
综上所述，本发明提供的高牌号硅钢板的激光焊接方法，具有如下有益效果：
其一、根据前后硅钢板的含硅量和厚度，调整激光焊接器的焊接功率，一方面可以提高焊缝质量，降低硅钢后续轧制生产过程中的断带率，提高生产效率；另一方面还可以降低激光焊接器的能耗。
其二、通过焊后投入后加热退火功能，可以改善焊缝及热影响区的显微组织，降低焊缝区域与母材区域的硬度差，减少焊接应力，提高焊缝质量。
其三、适用范围广泛，可用于高牌号硅钢不同母材之间的拼接焊，同时既适用于热轧板也适用于常化板，有利于生产排产，提高生产顺行效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种高牌号硅钢板的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取前硅钢板的含硅量Si1和厚度h1、后硅钢板的含硅量Si2和厚度h2；其中，前硅钢板和后硅钢板的含硅量和厚度需同时满足如下预设条件：4.0mm≤h1+h2≤5.5mm，4.0%≤Si1+Si2≤6.4，且│h1-h2│≤0.30 mm,│Si1-Si2│≤0.5%；
根据前后两块硅钢板的总含硅量（Si1+Si2）的所处范围区间，在总含硅量和焊接速度的对应关系数据库中获取与所述总含硅量（Si1+Si2）的所处范围区间对应的焊接速度V，根据所述焊接速度V和前后两块硅钢板的总厚度（h1+h2）计算得到焊接功率P；所述总含硅量和焊接速度的对应关系数据库包括：
当4.0%≤总含硅量（Si1+Si2）<5.0%时，对应的焊接速度V为（4.15±0.15）m/min；
当5.0%≤总含硅量（Si1+Si2）<6.0%时，对应的焊接速度V为（4.45±0.15）m/min；
当6.0%≤总含硅量（Si1+Si2）<6.4%时，对应的焊接速度V为（4.75±0.15）m/min
激光焊接器以所述焊接功率P对所述前硅钢板和所述后硅钢板之间的板间间隙进行焊接；焊接功率P＝a＊(h1+h2)＊焊接速度V，其中P的单位为kW，且按照四舍五入取两位小数，a为150(kW＊min/m 2 )，h的单位为m，焊接速度V的单位为m/min；
还包括：
在总含硅量和加热退火功率的对应关系数据库中获取与所述总含硅量（Si1+Si2）的所处范围区间对应的加热退火功率；
根据获得的所述加热退火功率对焊接完成后前后两块硅钢板进行退火处理；
所述总含硅量和加热退火功率的对应关系数据库包括：
当4.0%≤总含硅量（Si1+Si2）<5.0%时，对应的加热退火功率为（3±2）kW；
当5.0%≤总含硅量（Si1+Si2）<6.0%时，对应的加热退火功率为（6±2）kW；
当6.0%≤总含硅量（Si1+Si2）<6.4%时，对应的加热退火功率为（9±2）kW。
2.根据权利要求1所述的高牌号硅钢板的激光焊接方法，其特征在于，所述前硅钢板和所述后硅钢板之间的板间间隙为0.04-0.05 mm。
3.根据权利要求1所述的高牌号硅钢板的激光焊接方法，其特征在于，在所述激光焊接器焊接的过程中，所述激光焊接器的离焦量为8-10mm。
4.根据权利要求1所述的高牌号硅钢板的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接器为CO2气体激光器。
5.根据权利要求1所述的高牌号硅钢板的激光焊接方法，其特征在于，所述激光焊接器采用单面焊接的方式对所述前硅钢板和所述后硅钢板之间的板间间隙进行焊接。
6.根据权利要求1所述的高牌号硅钢板的激光焊接方法，其特征在于，在所述激光焊接器以所述焊接功率P对所述前硅钢板和所述后硅钢板之间的板间间隙进行焊接时，向焊接部位吹出保护气体，所述保护气体为氩气。
7.根据权利要求1所述的高牌号硅钢板的激光焊接方法，其特征在于，所述前硅钢板和所述后硅钢板为热轧板或常化板。
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