CN116275507A - 一种不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接方法，包括激光焊接装置、旁轴送粉装置、旋转装置、不锈钢棒材和碳钢棒材组成的激光焊接组件，其中不锈钢棒材和碳钢棒材两端施加顶锻力保证两种材料在焊接过程中能够紧密贴合；激光焊接装置中激光头采用摆动模式，焊接过程中工件在设定的速度下旋转380°，当超过360°后激光头的功率衰减至原设定值的30％；旁轴送粉装置在设定的送粉速度下向焊缝送粉。本发明中直径为3～6mm的不锈钢和碳钢棒材焊接效率为2～4s，极大提高焊接效率，保证焊缝的高质量成形效果，且适合批量零件的焊接成形。
Description
技术领域
本发明涉及异种金属焊接技术领域，特别涉及一种不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接方法。
背景技术
异种金属焊接可以将不同类型的金属材料连接起来形成一个整体，满足特定的工业或制造需求。不锈钢和碳钢是两种常用的金属材料，不锈钢具有极佳的抗腐蚀性、良好的韧性和可塑性、外观美观，但是不锈钢价格较高、材料硬度低、加工难度大。相对于不锈钢而言，碳钢的价格较为实惠、具有较高的强度和硬度，易加工和切削，但是碳钢容易生锈和腐蚀、容易产生氧化皮和污染物，需要定期清洗和保养。将不锈钢和碳钢进行异种金属的连接，可以充分发挥两种材料的优异性能，在满足结构使用性能要求的前提下，大大降低整体结构的生产成本，显著提高经济效益。
尽管不锈钢和碳钢异种材料的焊接研究已取得一定的进展，但目前的焊接工艺主要为摩擦焊接和闪光焊接。摩擦焊接主要通过摩擦生热使两个焊件金属产生一定量的塑性变形，从而牢固地焊接在一起，其焊接过程中需要施加较大的顶锻压力，容易导致棒材焊接后发生变形。闪光焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式，焊接过程中也需要施加较大的压力，焊接后工件容易产生变形，且焊接能耗较高。另外，由于摩擦焊接和闪光焊接后会产生飞边，需要额外机械加工切削处理，生产工序多，制造成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接方法，设计合理且操作方便，在满足不锈钢和碳钢棒材异种金属焊接的条件下，能够极大提高成形质量和焊接效率，实现批量化加工生产，解决不锈钢和碳钢棒材异种金属焊接困难，摩擦焊接和闪光焊接技术效率低下且焊接后接头效果难以满足成形要求的问题，同时降低生产能耗。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接组件，包括：
一不锈钢棒材和碳钢棒材，两端在激光焊接过程中始终存在顶锻力，顶锻力保证不锈钢棒材和碳钢棒材在焊接过程中紧密贴合；
一激光焊接装置，所述激光焊接装置中的激光头采用摆动模式，焊接过程中工件在设定的转速下旋转380°，当超过360°后所述激光头的功率衰减至原设定值的30％直至完成焊接；
一旁轴送粉装置，所述旁轴送粉装置在设定的送粉速度下向焊缝送粉，采用的粉末为铁基合金粉末，其化学成分的重量百分比为：铬1.5～3.5％、钨0.2～0.6％、钛0.15～0.35％，Y2O3 1.5～2.5％，其余为铁及不可避免的杂质。
作为优选，所述激光焊接装置中设定的离焦量为-3～-1mm。
作为优选，所述激光焊接装置中设定的激光功率为760～1080W。
作为优选，焊接过程中工件的转速为24～38r/min。
作为优选，设定的送粉量为1～5L/min。
本发明提供一种不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接方法，包括以下步骤：
1)不锈钢棒材和碳钢棒材两端施加顶锻力，顶锻力为0.15～0.2KN，使两种材料在焊接过程中始终紧密贴合；
2)启动激光焊接装置、旁轴送粉装置以及旋转装置；
所述旋转装置在设定转速下带动工件旋转380°，所述激光焊接装置中的激光头摆动焊接，当工件旋转360°后激光功率衰减至原设定值的30％，同时所述旁轴送粉装置持续沿设定的送粉量对焊缝送粉，直至完成最终焊接成形。
作为优选，所述不锈钢棒材和碳钢棒材的直径均为3～6mm，焊接效率为2～4s。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、在不锈钢和碳钢棒材的异种金属焊接过程中，首先对异种材料的两端施加一定的顶锻力，可以保证材料在焊接过程中始终贴合，提高焊缝成形质量。
2、采用激光头摆动可以减少熔池过大及热应力，提高焊接的速度和质量，在工件旋转360°后激光功率衰减至原设定值的30％，采用此种方式可以对激光刚开始工作而导致的功率未达设定值的区域进行重熔，保证了焊缝的成形质量，激光功率的衰减也避免了功率过大导致的焊缝塌陷。
3、旁轴送粉装置在焊接过程中沿设定送粉量持续向焊缝输入送粉，填充激光自熔造成的焊缝表面凹陷，同时也减少了焊缝内夹杂物和气孔的数量，避免了由于快速升温引起的变形缺陷。
4、采用本发明中不锈钢和碳钢棒材的异种金属材料激光焊接方法极大提高了焊接效率，保证焊缝的高质量成形效果，且适合批量零件的高质量高效率焊接成形。
附图说明
图1为实施例中不锈钢棒材和碳钢棒材激光焊接装置的结构示意图，其中：1激光器；2旁轴送粉装置；3不锈钢棒材；4碳钢棒材。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于下述实施例。
参照图1所示，示例性地描述了一种不锈钢棒材和碳钢棒材激光焊接装置，包括激光器1、旁轴送粉装置2、不锈钢棒材3和碳钢棒材4；其中：
不锈钢棒材3和碳钢棒材4两端在激光焊接过程中始终存在顶锻力，保证两种材料在焊接过程中能够紧密贴合；
激光焊接装置中的激光器1采用摆动模式，焊接过程中工件在设定的速度下旋转380°，当超过360°后激光器1的功率衰减至原设定值的30％继续完成后续焊接过程；
旁轴送粉装置2在设定的送粉速度下向焊缝送粉，输送的粉末为铁基合金粉末，其化学成分的重量百分比为：铬1.5～3.5％、钨0.2～0.6％、钛0.15～0.35％，Y2O31.5～2.5％、其余为铁及不可避免的杂质。
设定的离焦量为-3～-1mm，设定的激光功率为760～1080W，设定的转速为24～38r/min，设定的送粉量为1～5L/min，在本实施例中设定的棒材直径为3～6mm，确保焊接接头平整，成形效果较好。在本实施例中完成单次不锈钢和碳钢棒材的焊接效率为2～4s。
以下实施例中采用的不锈钢和碳钢棒材异种金属材料激光焊接方法，包括以下步骤：
1)不锈钢棒材3和碳钢棒材4两端施加顶锻力，顶锻力为0.15～0.2KN，使得两种材料在焊接过程中始终紧密贴合；
2)启动激光焊接装置、旁轴送粉装置2以及旋转装置；旋转装置带动工件旋转380°，激光焊接装置中的激光头1摆动，当工件旋转360°后激光功率衰减至原设定值的30％，同时旁轴送粉装置2持续沿设定的送粉量对焊缝送粉，直至完成最终焊接成形。
实施例1
本实施例进行不锈钢棒材和碳钢棒材激光焊接，具体焊接过程如下：
在不锈钢棒材3和碳钢棒材4的异种金属焊接过程中，首先对异种材料的两端施加0.15～0.2KN的顶锻力，保证材料在焊接过程中始终贴合，提高焊缝成形质量。采用激光头1摆动减少熔池过大及热应力，提高焊接的速度和质量，在工件旋转360°后激光功率衰减至原设定值的30％，采用此种方式可以对激光刚开始工作而导致的功率未达设定值的区域进行重熔，保证焊缝的成形质量，激光功率的衰减也避免功率过大导致的焊缝塌陷。旁轴送粉装置2在焊接过程中沿设定送粉量持续向焊缝输入送粉，输送的粉末为Fe12Cr2.5W0.4Ti0.25Y2O3，填充激光自熔造成的焊缝表面凹陷，减少焊缝内夹杂物和气孔的数量，提高焊接速度，避免由于快速升温引起的变形缺陷。采用此种不锈钢和碳钢棒材的异种金属材料激光焊接方法，直径为3～6mm的不锈钢和碳钢棒材焊接效率为2～4s，极大提高焊接效率。
综上所述，本发明采用不锈钢和碳钢棒材激光焊接方法能够极大提高异种金属焊接的效率，保证了焊缝的高质量成形，且适合批量零件焊接成形。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接组件，其特征在于，包括：
不锈钢棒材和碳钢棒材首尾接触，且两端在激光焊接过程中始终存在顶锻力，顶锻力保证不锈钢棒材和碳钢棒材在焊接过程中紧密贴合；
一激光焊接装置，所述激光焊接装置中的激光头采用摆动模式，焊接过程中工件在设定的转速下旋转380°，当超过360°后所述激光头的功率衰减至原设定值的30％直至完成焊接；
一旁轴送粉装置，所述旁轴送粉装置在设定的送粉速度下向焊缝送粉，采用的粉末为铁基合金粉末，其化学成分的重量百分比为：铬1.5～3.5％、钨0.2～0.6％、钛0.15～0.35％，Y2O3 1.5～2.5％，其余为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接组件，其特征在于，所述激光焊接装置中设定的离焦量为-3～-1mm。
3.根据权利要求1所述的不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接组件，其特征在于，所述激光焊接装置中设定的激光功率为760～1080W。
4.根据权利要求1所述的不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接组件，其特征在于，焊接过程中工件的转速为24～38r/min。
5.根据权利要求1所述的不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接组件，其特征在于，设定的送粉量为1～5L/min。
6.一种不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)不锈钢棒材和碳钢棒材两端施加顶锻力，顶锻力为0.15～0.2KN，使两种材料在焊接过程中始终紧密贴合；
2)启动激光焊接装置、旁轴送粉装置以及旋转装置；
所述旋转装置在设定转速下带动工件旋转380°，所述激光焊接装置中的激光头摆动焊接，当工件旋转360°后激光功率衰减至原设定值的30％，同时所述旁轴送粉装置持续沿设定的送粉量对焊缝送粉，直至完成最终焊接成形。
7.根据权利要求6所述的不锈钢和碳钢棒材异种金属材料的激光焊接方法，其特征在于，所述不锈钢棒材和碳钢棒材的直径均为3～6mm，焊接效率为2～4s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Hongbing Inventor after: Du Jinhong Inventor after: Cheng Wenhao Inventor after: Wang Fei Inventor before: Liu Hongbing Inventor before: Cheng Wenhao Inventor before: Wang Fei Inventor before: Du Jinhong |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20240314 Address after: No. 99 Xufeng Road, Qinshan Street, Jiaxing City, Zhejiang Province, 314300 Applicant after: Zhejiang Xinshengda Metal Technology Development Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 201620 No. 333, Longteng Road, Shanghai, Songjiang District Applicant before: SHANGHAI University OF ENGINEERING SCIENCE Country or region before: China |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |