CN114833488A - 一种用于激光焊接eh36钢的填充粉末及其制备方法与使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末及其制备方法与使用方法，所述填充粉末包括的组分及相应的质量百分比为：Mn粉：29.2～35.7％；Si粉：8.9～10.5％；Cr粉：14.6～21.3％；Ni粉：9.3～11.1％；其余为纯Fe粉或含C 0.1％～0.4％的低碳钢粉。本发明的技术方案可有效降低焊缝区域的残余应力并提高焊缝力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及激光焊接技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末及其制备方法与使用方法。
背景技术
近年来，极地航线的开通使得极地船舶的需求量大量增加，极地船舶的建造离不开良好的焊接技术。焊接缺陷及组织不均匀性等因素都会增大焊接接头的低温敏感性，使其发生低温脆断的可能性增大，焊接接头抗低温性能实际上决定了极地船体抵抗低温脆断的能力。目前，相对于极地船用钢的开发，其焊接技术和焊接材料研究相对滞后，特别是改善焊缝力学性能的新型焊接工艺和新型焊接材料的开发更为缺乏。
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。与传统的焊接方法相比，激光焊接具有众多优点：其焊接热影响区窄，残余应力和变形小；激光焊接无需电极，绿色环保。Fe-Mn-Si记忆合金具有优秀的综合力学性能，特别是其应力自适应可以有效降低焊缝处的残余应力，从而提升焊缝的抗拉强度和疲劳强度。并且因其低温时不会发生韧脆转变，所以具有良好的低温下韧性。
发明内容
根据上述提出现有技术存在的问题，而提供一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末及其制备方法与使用方法，可有效降低焊缝区域的残余应力并提高焊缝力学性能。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末，包括的组分及相应的质量百分比为：
Mn粉：29.2～35.7％；
Si粉：8.9～10.5％；
Cr粉：14.6～21.3％；
Ni粉：9.3～11.1％；
其余为纯Fe粉或含C 0.1％～0.4％的低碳钢粉。
进一步地，采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度达到624～638MPa，冲击功达到264～278J。
进一步地，包括的组分及相应的质量百分比为：Mn粉：29.2％，Si粉：8.9％，Cr粉：14.6％，Ni粉：9.3％，其余为纯铁Fe粉；采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度为638MPa，冲击功为266J。
进一步地，包括的组分及相应的质量百分比为：Mn粉：30.5％，Si粉：9.7％，Cr粉：16.3％，Ni粉：10.2％，其余为纯铁Fe粉；采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度为624MPa，冲击功为278J。
进一步地，包括的组分及相应的质量百分比为：Mn粉：35.7％，Si粉：10.5％，Cr粉：21.3％，Ni粉：11.1％，其余为纯铁Fe粉；采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度为631MPa，冲击功为264J。
本发明还提供了一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、配制粉末
按照以下组分及相应的质量百分比配制粉末：
Mn粉：29.2～35.7％；
Si粉：8.9～10.5％；
Cr粉：14.6～21.3％；
Ni粉：9.3～11.1％；
其余为纯Fe粉或含C 0.1％～0.4％的低碳钢粉；
各组分粉末的纯度均为分析纯；
步骤2、粉末混合
将各组分粉末按比例称量后倒入球磨机并加入球磨珠，设定球磨机转速500r/min，干磨4～8h，使粉末混合均匀，目粒度在200～400目之间。
本发明还提供了一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末的使用方法，采用了上述填充粉末，具体包括以下步骤：
步骤1、在焊接前对填充粉末进行温度为120℃、时间为2h的真空干燥处理；
步骤2、用刮板将填充粉末预置于EH36钢基材的焊缝处，预置厚度为1～2mm；
步骤3、用激光功率为2500～2700W、扫描速度为150～170mm/min、光斑直径为3mm的激光进行焊接。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的用于激光焊接EH36钢的填充粉末及其制备方法与使用方法，制备工艺简单，经济性高，适于批量工业化生产，焊接后即可在焊缝处形成Fe-Mn-Si记忆合金。
2、采用本发明提供的用于激光焊接EH36钢的填充粉末，所得到的焊缝表面平整、饱满，无孔洞、裂纹等缺陷，与基材的融合性较好。
3、本发明提供的用于激光焊接EH36钢的填充粉末，利用Fe-Mn-Si记忆合金的应力诱发
马氏体相变及其变形协调来消除焊缝处的残余应力，焊缝的综合力学性能优异，尤其是具有抗拉强度高、疲劳强度高、低温冲击韧性高的特点。
基于上述理由本发明可在激光焊接领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是激光焊接时填充粉末在EH36钢基材的焊缝处的预置厚度示意图。
图2是采用实施例1提供的填充粉末进行激光焊接得到的焊缝处的金相图。
图3是采用实施例1提供的填充粉末进行激光焊接得到的焊接件的拉伸断口图。
图中：1、填充粉末；2、EH36钢基材。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
本发明提供了一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末，包括的组分及相应的质量百分比为：
锰(Mn)粉：29.2～35.7％；
硅(Si)粉：8.9～10.5％；
铬(Cr)粉：14.6～21.3％；
镍(Ni)粉：9.3～11.1％；
其余为纯铁(Fe)粉或含碳(C)0.1％～0.4％的低碳钢粉。
进一步地，采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度达到624～638MPa，冲击功达到264～278J。
本发明还提供了一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、配制粉末
按照以下组分及相应的质量百分比配制粉末：
锰(Mn)粉：29.2～35.7％；
硅(Si)粉：8.9～10.5％；
铬(Cr)粉：14.6～21.3％；
镍(Ni)粉：9.3～11.1％；
其余为纯铁(Fe)粉或含碳(C)0.1％～0.4％的低碳钢粉；
各组分粉末的纯度均为分析纯；
步骤2、粉末混合
将各组分粉末按比例称量后倒入球磨机并加入适量的球磨珠，球磨时间过长或过短，转速过高或过低均不能保证粉末既能混合均匀、又具有良好的流动性、目粒度，本发明设定球磨机转速500r/min，干磨4～8h，使粉末混合均匀，目粒度在200～400目之间。
如图1所示，本发明还提供了一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末的使用方法，采用了上述填充粉末，具体包括以下步骤：
步骤1、在焊接前对填充粉末1进行温度为120℃、时间为2h的真空干燥处理；
步骤2、用刮板将填充粉末1预置于EH36钢基材2的焊缝处，预置厚度为1～2mm；
步骤3、用激光功率为2500～2700W、扫描速度为150～170mm/min、光斑直径为3mm的激光进行焊接。
实施例1
本实施例提供的填充粉末包含以下组成分：
Mn粉：29.2％，Si粉：8.9％，Cr粉：14.6％，Ni粉：9.3％，其余为纯铁(Fe)粉。
采用本实施例提供的填充粉末在EH36钢基材的焊缝处采用本发明提供的使用方法进行激光焊接形成Fe-Mn-Si记忆合金，将焊接件进行固溶处理后，测得焊接件的抗拉强度达到638MPa，冲击功达到266J。
实施例2
本实施例提供的填充粉末包含以下组成分：
Mn粉：30.5％，Si粉：9.7％，Cr粉：16.3％，Ni粉：10.2％，其余为纯铁(Fe)粉。
采用本实施例提供的填充粉末在EH36钢基材的焊缝处采用本发明提供的使用方法进行激光焊接形成Fe-Mn-Si记忆合金，将焊接件进行固溶处理后，测得焊接件的抗拉强度达到624MPa，冲击功达到278J。
实施例3
本实施例提供的填充粉末包含以下组成分：
Mn粉：35.7％，Si粉：10.5％，Cr粉：21.3％，Ni粉：11.1％，其余为纯铁(Fe)粉。
采用本实施例提供的填充粉末在EH36钢基材的焊缝处采用本发明提供的使用方法进行激光焊接形成Fe-Mn-Si记忆合金，将焊接件进行固溶处理后，测得焊接件的抗拉强度达到631MPa，冲击功达到264J。
对实施例1至实施例3的焊接完成后的焊接件进行成分测试，得到的焊缝成分与目标成分相差小于5％，满足要求。由图2可以看出，焊缝微观组织出现马氏体，可见在焊缝处的Fe-Mn-Si记忆合金产生了γ→ε马氏体相变，其相变变形(膨胀)将松弛焊接的残余拉伸应力，使其降低到屈服强度之下(因为诱发相变驱动力低于屈服强度)，因此Fe-Mn-Si记忆合金的应力“自适应特性”可以大大改善其力学性能。EH36船用钢基材的抗拉强度约为555MPa，而采用本发明提供的填充粉末及其使用方法进行焊接的焊接件的抗拉强度可达到630MPa以上，由图3可以看出，采用本发明提供的填充粉末进行激光焊接在焊缝处形成的Fe-Mn-Si记忆合金拉伸断口呈现直径不等的蜂窝状韧窝型断裂，这是金属塑性断裂的明显特征。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末，其特征在于，包括的组分及相应的质量百分比为：
Mn粉：29.2～35.7％；
Si粉：8.9～10.5％；
Cr粉：14.6～21.3％；
Ni粉：9.3～11.1％；
其余为纯Fe粉或含C 0.1％～0.4％的低碳钢粉。
2.根据权利要求1所述的用于激光焊接EH36钢的填充粉末，其特征在于，采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度达到624～638MPa，冲击功达到264～278J。
3.根据权利要求1所述的用于激光焊接EH36钢的填充粉末，其特征在于，包括的组分及相应的质量百分比为：Mn粉：29.2％，Si粉：8.9％，Cr粉：14.6％，Ni粉：9.3％，其余为纯铁Fe粉；采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度为638MPa，冲击功为266J。
4.根据权利要求1所述的用于激光焊接EH36钢的填充粉末，其特征在于，包括的组分及相应的质量百分比为：Mn粉：30.5％，Si粉：9.7％，Cr粉：16.3％，Ni粉：10.2％，其余为纯铁Fe粉；采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度为624MPa，冲击功为278J。
5.根据权利要求1所述的用于激光焊接EH36钢的填充粉末，其特征在于，包括的组分及相应的质量百分比为：Mn粉：35.7％，Si粉：10.5％，Cr粉：21.3％，Ni粉：11.1％，其余为纯铁Fe粉；采用所述填充粉末在EH36钢基材的焊缝处进行激光焊接后焊接件的抗拉强度为631MPa，冲击功为264J。
6.一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、配制粉末
按照以下组分及相应的质量百分比配制粉末：
Mn粉：29.2～35.7％；
Si粉：8.9～10.5％；
Cr粉：14.6～21.3％；
Ni粉：9.3～11.1％；
其余为纯Fe粉或含C 0.1％～0.4％的低碳钢粉；
各组分粉末的纯度均为分析纯；
步骤2、粉末混合
将各组分粉末按比例称量后倒入球磨机并加入球磨珠，设定球磨机转速500r/min，干磨4～8h，使粉末混合均匀，目粒度在200～400目之间。
7.一种用于激光焊接EH36钢的填充粉末的使用方法，其特征在于，采用了如权利要求1所述的填充粉末，具体包括以下步骤：
步骤1、在焊接前对填充粉末进行温度为120℃、时间为2h的真空干燥处理；
步骤2、用刮板将填充粉末预置于EH36钢基材的焊缝处，预置厚度为1～2mm；
步骤3、用激光功率为2500～2700W、扫描速度为150～170mm/min、光斑直径为3mm的激光进行焊接。
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