CN116160110A - 一种1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法。本发明方法，包括如下步骤：以温度、规格相匹配的两个钢卷作为焊接对象，对各钢卷的端部进行剪切，焊接面对齐后利用预设的焊接参数对二者进行激光气体保护焊，焊接前后的两个钢卷中强度较高带钢的屈服强度低于强度较低钢带屈服强度的1.6倍；其中一钢卷化学成分按重量百分比计为：C：0.21～0.25％，Si：0.20～0.30％，Mn:1.0～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.010％～0.080％，Ti：0.02～0.04，Cr：0.20～0.30，B：0.0020～0.0035，N≤0.005％，其余元素是Fe及不可避免的杂质。本发明通过对衔接材料材质、厚度/宽度过渡、表面质量良、剪切工艺及质量、剪切工艺及质量、关键焊接工艺的调控，获得良好的焊缝质量，确保了酸轧工序的稳定、高效生产。

Description

一种1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法

技术领域

本发明涉及冷轧板带生产技术领域，尤其涉及一种1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，特别适用于采用激光焊机对酸轧工序原料进行焊接，以实现连续生产。

背景技术

材料转化为产品的过程离不开加工，加工过程是一个增值过程，这个增值过程也是各个企业生存和盈利的基础。如何保证在加工的过程中实现高效率、低成本同时还能及时满足市场的需求是个永恒的话题。任何新材料如果不能实现高质量的连接，其应用也一定大幅度地受限制，新材料也肯定不可能会有广泛的应用。在汽车车身制造过程中，每一个汽车制造企业都离不开焊接，焊接接头质量直接决定着汽车的稳定性和安全性能，特别是在结构件中，不仅要求焊接接头具有高强度，还要求焊接接头具有一定的塑性，特别是后续的成形加工过程对焊缝弯曲性能要求较高，提高焊接接头弯曲性能是汽车结构件及其他零部件装配生产中一个急待解决的技术难题。

利用焊接设备将前后两个钢卷焊接起来实现钢铁企业的连续生产，是提高生产效率、降低生产成本的重要工艺技术手段。被广泛应用于酸轧联合机组、连续退火/镀锌机组等以实现连续高效的生产。激光焊是一种通过聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。由于激光具有折射、聚焦等光学性质，使得激光焊具有热输入低、焊接变形小，不受电磁场影响等特点被广泛应用于酸轧联合机组进行原料的焊接。若焊接效果不加，容易在酸洗和冷轧过程中发生沿焊缝断带事故，不利于连续生产严重影响生产效率和生产安全，需要对其生产节奏、过渡材、焊接关键工艺等进行详细研究，以便获得良好的焊接质量促进连续、高效的生产。通过相关专利的查询，利用激光焊机实现酸轧工序及其余工序焊接为相似的专利如下：

CN104842056A公布了一种超高强双相钢激光拼焊板焊缝增塑装置及工艺，通过将超高强双相钢拼焊板的焊缝置于导热材料与冷却板之间，保证焊接板材的平整度的同时采用电磁吸盘精确定位对材料进行装配；接通高频加热线圈调整输出功率，保证输出温度800～850℃，保温时间3～5min，对焊缝组织进行奥氏体化；采用注有冷却液的冷却板对超高强双相钢拼焊板的焊缝进行快速冷却；调整高频加热线圈输出功率，保证输出温度250-300℃，保温5～30s；降低冷却液流速，提高高频加热线圈输出功率，保证输出温度300～380℃，保温时间10～90s，对焊缝进行局部配分过程；将高频加热线圈输出功率减小到零；采用注有冷却液的冷却板对超高强双相钢拼焊板的焊缝进行快速冷却至室温。得到的焊缝晶粒尺寸平均值1.5μm-4.0μm，超高强钢双相钢拼焊板杯突值为7.3～9.9mm，拼焊板杯突值提高了43％。其对生产节奏、过渡材选择依据、原料要求、带头/尾处理、焊接关键工艺参数(焊丝、激光功率、焊接速度、喂丝工艺等)等未进行详述，且设备进行了特殊改造，不利于使用常规机组完成酸轧原料的焊接。

CN 113118630 A公布了一种差厚度激光拼焊板的制备方法，将两块厚度(厚度差≤0.5mm，C含量差≤0.03％，Mn含量差≤0.4％)不同的DP钢板净化处理后，冷却风干后置于焊接工作台。DP钢板的水平间隙为0mm，垂直方向的间隙为0.05～0.08mm，焊接过程中，离焦量为0.2～1.0mm；激光功率为3.7～4.2kW；焊接速度5.0～8.0m/min；激光偏移量为0.4～0.7mm，采用保护气体测吹装置吹气，吹气口距离焊缝20～28mm；测吹装置吹气口与待焊DP钢板之间呈30～60°保护气体为氩气，气体流量为900～1000L/H。实现了590DP和780DP成品进行了焊接，其为成品焊接厚度较薄且未对生产节奏、过渡材选择提供依据，以对酸轧原料的390MPa级冷轧双相钢焊接提供指导，但是不能对1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法提供指导。

综上所述，目前关于1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法鲜有报道，本发明旨在提供一种1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，提高焊接质量，保证生产正常运行。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种1500MPa级热成形钢酸轧工序焊接方法。本发明通过对衔接材料材质(温度、平直度、镰刀弯、凸度)、厚度/宽度过渡、表面质量良、剪切工艺及质量、剪切工艺及质量、关键焊接工艺(焊丝选择、激光功率、焊接速度等)的调控，获得良好的焊缝质量，确保了酸轧工序的稳定、高效生产，对国内外相类似机组生产1500MPa级热成形钢生产提供指导。本发明采用的技术手段如下：

一种1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，包括如下步骤：

以温度、规格相匹配的两个钢卷作为焊接对象，对各钢卷的端部进行剪切，焊接面对齐后利用预设的焊接参数对二者进行激光气体保护焊，焊接前后的两个钢卷中强度较高带钢的屈服强度低于强度较低钢带屈服强度的1.6倍；其中一钢卷化学成分按重量百分比计为：C：0.21～0.25％，Si：0.20～0.30％，Mn:1.0～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.010％～0.080％，Ti：0.02～0.04％，Cr：0.20～0.30％，B：0.0020～0.0035％，N≤0.005％，其余元素是Fe及不可避免的杂质，本发明中，对另一钢卷化学成分无显著的需求，二者满足强度较高带钢的屈服强度低于强度较低钢带屈服强度的1.6倍即可。

进一步地，其中一钢卷化学成分按重量百分比为：C：0.215～0.235％，Si：0.22～0.28％，Mn：1.1～1.3％，Als：0.020～0.050％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ti：0.025～0.035％，Cr：0.22～0.28％，B：0.0025～0.0030％，N≤0.004％余量为Fe及不可避免杂质。

进一步地，两个钢卷之间通过衔接材进行衔接，所述衔接材的碳当量的数值为0.05～0.40，所述碳当量的计算公式为：Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(％)。

原料需冷却至≤75℃后方可进行焊接工序。其中热轧原料表面要求不得有严重的凹凸印、划伤、折皱，目视正常的热轧氧化铁皮，不得存在超出标准的缺陷，同时需焊接钢卷的浪形、翘曲等不宜过大。焊接的热轧原料厚度范围为1.8～6.0mm、宽度范围为850～1680mm。

进一步地，通过双切剪对前一个钢卷尾部与后一个钢卷的头部在焊接前切除一定长度保证板形及表明质量后方可进行焊接，剪刃与钢带的倾角为2°，当原料厚度t＜2.75mm时切除量为4.5mm、2.75≤t＜4.0mm时切除量为3.3mm，当t≥4.0mm时切除2.6m，且操作人员要根据来料实际情况制定切除长度以确保带头尾的缺陷能完全切除，不会恶化焊接质量；

剪刃间隙范围为0.30～0.65mm，原料厚度≤2.5mm时剪刃间隙为0.30mm，原料厚度每增加0.5mm剪刃间隙增加0.05mm，剪刃周期≤11000t或剪切次数≤14500次，每次更换剪刃后都要对剪刃侧间隙进行标定，确保剪切横截面与带钢纵向成90°，且需确保证剪切端面光滑、平直，无毛刺、分层等缺陷。

带钢焊接面应对齐，并在一个水平面上。利用激光束聚焦为合适的焊接光斑可采用聚焦位(高度调节范围0-9.0mm、Z轴控制精度±0.05mm)或光斑位置(调节范围±1.5mm、X轴控制精度±0.05mm)确定。

进一步地，焊接过程中，焊机厚度的跳跃范围≤1.8H1，其中，H1为较薄钢带的厚度，单位为mm；宽度跳跃≤370mm且每侧≤185mm。

进一步地，两个带钢均需要满足：表面平直度≤260umit，镰刀弯≤30mm/10m、凸度(hc-h40)≤160μm；浪性高度≤15mm/5m、翘曲≤35°。

进一步地，所述激光气体保护焊过程中，涉及的激光功率为12±0.8KW，焊接速度为4.2～6.9±0.4m/min，其中，原料厚度≤2.5mm时焊接速度为6.9±0.4m/min，厚度每增加0.5mm焊接速度降低0.4m/min；

在焊接过程中全程通过气体保护。进一步地，激光保护气体为He、N₂、CO的混合气体，其满足露点≤-50℃、压力处于0.4～0.7MPa、温度为5～50℃；焊接时的辅助气体为He，其满足压力0.4～0.7MPa、流量90～160NL/min、温度为5～50℃。

焊接速度补偿范围为0～15％、焊接完成后通过碾压轮对焊缝进行清理，碾压轮压力≤75KN、碾压轮高度为0～7.8mm。

进一步地，激光保护气体中，He的用量为45～51NL/h，N₂的用量为8.0～12.0NL/h，CO的用量为1.8～2.3NL/h。

进一步地，焊缝的厚度t1为原料厚度t的1.02～1.20倍；焊接后的焊缝通过焊后退火、打磨处理，表面要求光滑、无裂缝，且焊缝区不能存在夹杂、未焊透、错边等缺陷，此外需通过焊缝厚度，之后通过如下方法进行质量检测：

通过测量焊缝厚度、杯突试验对焊缝质量，进行检查焊缝取样做杯突试验时，至少做3个点的检验，左右两个点取在距边部100～200mm范围内、第三点为带钢的中部，冲孔的孔径为15mm且冲孔距离焊缝距离为100mm；

杯突试验的标准为：若裂口在热影响区裂口垂直于焊缝方向以及裂口垂直于焊缝方向时，判定为焊缝合格；若裂口与焊缝重合时则判定为焊缝质量不合格，一大卷内不允许有两个焊缝否则判定为不合格；

进行宽度跳跃衔接时需进行冲月牙弯实验，具体要求为：

(1)在焊缝处冲切，冲切量为相对于窄带钢宽进去30mm；

(2)窄变宽的情况下，从焊缝向入口侧偏离240mm位置(宽的一侧)和焊缝处进行两次冲切；

(3)宽变窄的情况下，从焊缝向出口偏离240mm的位置和焊缝处进行两次冲切。经测试无问题后方可进行宽度跳跃钢卷的过渡。

本发明的目的在于提供1500MPa级热成形钢酸轧工序焊接方法，通过对衔接材料材质(温度、平直度、镰刀弯、凸度)、厚度/宽度过渡、表面质量良、剪切工艺及质量、剪切工艺及质量、关键焊接工艺(焊丝选择、激光功率、焊接速度等)的调控，获得良好的焊缝质量，确保了酸轧工序的稳定、高效生产，对国内外相类似机组生产1500MPa级热成形钢生产提供指导。

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为本发明实施例1中焊缝示意图。

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。

实施例1

将钢卷温度为58℃、规格为3.65mm*1450mm的22MnB5(化学成分为0.23％C、0.27％Si、1.18％Mn、0.006％P、0.003％S、0.032％Als，0.027％Ti，0.25％Cr，0.0025％B其碳当量为0.488)钢卷的的带尾剪切2.4mm后，与温度55℃、规格为3.50*1420的HC380LA(化学成分为0.050％C、0.080％Si、0.28％Mn、0.010％P、0.008％S、0.033％Als、0.020％Nb，其碳当量为0.092)钢卷的带头剪切3.3mm，采用焊接电流为12.5kW配合以5.7m/min的焊接速度进行焊接。经上述焊接工艺焊接后的焊缝平整光滑，无结瘤，无焊疤，无焊穿，杯凸试验未出现沿焊缝开裂、冲月牙弯效果良好，在酸洗和冷轧过程中均未出现焊缝导致的断带事故。

实施例2

将钢卷温度为53℃、规格为3.25mm*1360mm的22MnB5(化学成分为0.217％C、0.25％Si、1.26％Mn、0.007％P、0.003％S、0.037％Als，0.031％Ti，0.22％Cr，0.0030％B其碳当量为0.481)钢卷的的带尾剪切3.5mm后，与温度50℃、规格为3.75*1405的St37-2G(0.09％C、0.01％Si、0.35％Mn、0.015％P、0.008％S、0.045％Als其碳当量为0.15)钢卷的带头剪切3.4mm，采用焊接电流为12.3kW配合以5.8m/min的焊接速度进行焊接。经上述焊接工艺焊接后的焊缝平整光滑，无结瘤，无焊疤，无焊穿，杯凸试验未出现沿焊缝开裂、冲月牙弯效果良好，在酸洗和冷轧过程中均未出现焊缝导致的断带事故。

对比例1

将钢卷温度为48℃、规格为3.40mm*1360mm的22MnB5(化学成分为0.22％C、0.22％Si、1.21％Mn、0.007％P、0.003％S、0.045％Als，0.030％Ti，0.28％Cr，0.0031％B其碳当量为0.487)钢卷的的带尾剪切3.4mm后，与将钢卷温度为57℃、规格为3.50mm*1330mm的连退780DH(化学成分为0.19％C、0.45％Si、2.31％Mn、0.009％P、0.003％S、0.040％Als，其碳当量为0.57)钢卷的的带头剪切4.0mm后，采用焊接电流为12.5kW配合以3.6m/min的喂丝速度将焊丝(化学成分为0.10％C、0.60％Si、1.80％Mn、0.015％P、0.008％S、0.010％Cu、Ti：0.025％)并以5.5m/min的焊接速度进行焊接。经上述焊接工艺焊接后的焊缝质量不佳，杯凸试验未出现沿焊缝开裂，更改衔接料后进行生产。

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 (10)

1.一种1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

以温度、规格相匹配的两个钢卷作为焊接对象，对各钢卷的端部进行剪切，焊接面对齐后利用预设的焊接参数对二者进行激光气体保护焊，焊接前后的两个钢卷中强度较高带钢的屈服强度低于强度较低钢带屈服强度的1.6倍；其中一钢卷化学成分按重量百分比计为：C：0.21～0.25％，Si：0.20～0.30％，Mn:1.0～1.50％，P≤0.020％，S≤0.010％，Als：0.010％～0.080％，Ti：0.02～0.04％，Cr：0.20～0.30％，B：0.0020～0.0035％，N≤0.005％，其余元素是Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，其中一钢卷化学成分按重量百分比为：C：0.215～0.235％，Si：0.22～0.28％，Mn：1.1～1.3％，Als：0.020～0.050％，P≤0.015％，S≤0.005％，Ti：0.025～0.035％，Cr：0.22～0.28％，B：0.0025～0.0030％，N≤0.004％，余量为Fe及不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，两个钢卷之间通过衔接材进行衔接，所述衔接材的碳当量的数值为0.05～0.40，所述碳当量的计算公式为：Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(％)。

4.根据权利要求1～3任一项所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，原料需冷却至≤75℃后方可进行焊接工序，焊接的热轧原料厚度范围为1.8～6.0mm、宽度范围为850～1680mm。

5.根据权利要求1所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，通过双切剪对前一个钢卷尾部与后一个钢卷的头部在焊接前切除一定长度保证板形及表明质量后方可进行焊接，剪刃与钢带的倾角为2°，当原料厚度t＜2.75mm时切除量为4.5mm、2.75≤t＜4.0mm时切除量为3.3mm，当t≥4.0mm时切除2.6m；剪刃间隙范围为0.30～0.65mm，原料厚度≤2.5mm时剪刃间隙为0.30mm，原料厚度每增加0.5mm剪刃间隙增加0.05mm，剪刃周期≤11000t或剪切次数≤14500次，每次更换剪刃后都要对剪刃侧间隙进行标定，确保剪切横截面与带钢纵向成90°。

6.根据权利要求5所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，带钢焊接面对齐，并在一个水平面上，利用激光束聚焦为合适的焊接光斑，可采用聚焦位，其高度调节范围0-9.0mm、Z轴控制精度±0.05mm，或光斑位置，其调节范围±1.5mm、X轴控制精度±0.05mm。

7.根据权利要求1所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，焊接过程中，焊机厚度的跳跃范围≤1.8H1，其中，H1为较薄钢带的厚度，单位为mm；宽度跳跃≤370mm且每侧≤185mm。

8.根据权利要求1所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，两个带钢均需要满足：表面平直度≤260umit，镰刀弯≤30mm/10m、凸度hc-h40≤160μm；浪性高度≤15mm/5m、翘曲≤35°。

9.根据权利要求1或7所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，所述激光气体保护焊过程中，激光功率为12±0.8KW，焊接速度为4.2～6.9±0.4m/min，其中，原料厚度≤2.5mm时焊接速度为6.9±0.4m/min，厚度每增加0.5mm焊接速度降低0.4m/min；

在焊接过程中全程通过气体保护，激光保护气体为He、N₂、CO的混合气体，其满足露点≤-50℃、压力处于0.4～0.7MPa、温度为5～50℃；焊接时的辅助气体为He，其满足压力0.4～0.7MPa、流量90～160NL/min、温度为5～50℃，焊接速度补偿范围为0～15％、焊接完成后通过碾压轮对焊缝进行清理，碾压轮压力≤75KN、碾压轮高度为0～7.8mm，激光保护气体中，He的用量为45～51NL/h，N₂的用量为8.0～12.0NL/h，CO的用量为1.8～2.3NL/h。

10.根据权利要求9所述的1500MPa级热成形钢酸轧工序的焊接方法，其特征在于，焊缝的厚度t1为原料厚度t的1.02～1.20倍；焊接后的焊缝通过焊后退火、打磨处理，通过测量焊缝厚度、杯突试验对焊缝质量，进行检查焊缝取样做杯突试验时，至少做3个点的检验，左右两个点取在距边部100～200mm范围内、第三点为带钢的中部，冲孔的孔径为15mm且冲孔距离焊缝距离为100mm；

杯突试验的标准为：若裂口在热影响区裂口垂直于焊缝方向以及裂口垂直于焊缝方向时，判定为焊缝合格；若裂口与焊缝重合时则判定为焊缝质量不合格，一大卷内不允许有两个焊缝否则判定为不合格；

进行宽度跳跃衔接时需进行冲月牙弯实验，具体要求为：

(1)在焊缝处冲切，冲切量为相对于窄带钢宽进去30mm；

(2)窄变宽的情况下，从焊缝向入口侧偏离240mm位置(宽的一侧)和焊缝处进行两次冲切；

(3)宽变窄的情况下，从焊缝向出口偏离240mm的位置和焊缝处进行两次冲切，经测试无问题后方可进行宽度跳跃钢卷的过渡。

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