專利名稱：高強鋼焊接方法
技術領域：
本發明涉及焊接工藝技術領域，特別涉及一種高強鋼焊接方法。
背景技術：
隨著焊接結構向輕量化和大型化發展，諸多結構件要求在不增加自重的情況下大幅提高承重能力，為了滿足其工作需求，必須采用高強度鋼焊接結構。如圖I所示，目前采用的高強鋼焊接方法中，在焊接時，需要先將火焰槍2點燃，調節合適的氣流量之后，使火焰槍2和焊槍3保持勻速運動，焊絲的延長線與高強鋼板材I相交時，引燃電弧，開始焊接，當火焰離開高強鋼板材I時，熄滅火焰，當焊絲延長線不與高強 鋼板材I相交時，熄滅電弧，焊接完畢。但是，由于高強鋼焊接過程中需要火焰槍2對高強鋼板材I進行預熱，加之電弧焊本身的冷卻速度較慢，因此，在現有技術中，高強鋼板材I焊縫4區域的金屬晶粒有充足的時間完成回復、再結晶和晶粒長大三個過程，造成焊縫4處的金屬晶粒粗大，該區域的硬度降低；而且，在使用火焰槍2預熱的高強鋼焊接方法中，焊縫4的熔寬大，熱影響區寬，因此形成的軟化區明顯偏大。因此，采用目前的高強鋼焊接方法進行高強鋼焊接時經常出現焊縫4處的熱影響區軟化現象，表現為熱影響區的硬度下降209^30%，這種軟化現象造成焊接結構局部承載能力下降，對承力較大的焊接結構造成極大的安全隱患。
發明內容
本發明提供了一種高強鋼的焊接方法，該焊接方法得到的高強鋼焊接結構中焊縫處的熱影響軟化現象較低，提高承力較大的焊接結構的安全性。為達到上述目的，本發明提供以下技術方案一種高強鋼焊接方法，包括將兩塊高強鋼板材并行放置，并控制兩塊所述高強鋼板材之間的焊縫寬度；打開激光器，調節激光器的激光束與所述焊縫的中心線對中，同時調節所述激光束的離焦量；調節電弧焊槍的焊絲與所述焊縫的中心線對中，調節所述電弧焊槍的傾斜角度，調節所述電弧焊槍的高度和所述焊絲的干伸長，且調節所述激光器的激光束和所述焊絲外端部之間的相對位置；調節所述激光器及所述電弧焊槍的參數和所述電弧焊槍的焊接速度；打開所述激光器并引燃電弧直至焊接完成時關閉激光和電弧。優選地，在打開所述激光器之后及引燃所述電弧之前，還包括使所述激光器的紅光對準所述焊縫中心線預走一遍，并使所述紅光與所述焊縫的中心線之間的誤差不超過0. 5mm。優選地，所述兩塊高強鋼板材均為HQ100高強鋼，且厚度為6 14mm，兩塊所述高強鋼板材之間的焊縫寬度范圍為O 1mm。優選地，所述激光器的輸出功率范圍為4 6KW。優選地，所述激光器的激光束離焦量的范圍為-3 2_。優選地，所述電弧焊槍的工作電流范圍為20(T300A，工作電壓范圍為24 30V。優選地，所述焊絲的干伸長為13 18mm。優選地，所述電弧焊槍與所述高強鋼板材的表面之間的傾斜角度為30飛0°。優選地，所述激光器的激光束與所述焊絲的外端部之間的距離為0. 5 3mm。優選地，所述電弧焊槍的焊接速度為4(Tl00cm/min。 優選地，所述激光器的激光束與所述高強鋼板材之間的保護氣體的流量為l(Tl5L/min ;所述電弧焊槍與高強鋼板材之間的保護氣體的流量為12 18L/min。本發明提供的高強鋼焊接方法，包括將兩塊高強鋼板材并行放置，并控制兩塊所述高強鋼板材之間的焊縫寬度；打開激光器，調節激光器的激光束與所述焊縫的中心線對中，同時調節所述激光束的離焦量；調節電弧焊槍的焊絲與所述焊縫的中心線對中，調節所述電弧焊槍的傾斜角度，調節所述電弧焊槍的高度和所述焊絲的干伸長，且調節所述激光器的激光束和所述焊絲外端部之間的相對位置；調節所述激光器及所述電弧焊槍的參數和所述電弧焊槍的焊接速度；打開所述激光器并引燃電弧直至焊接完成時關閉激光和電弧。本發明提供的高強鋼焊接方法采用激光器，激光器發射的激光束能量密度高，可以快速熔化兩塊高強鋼板材焊縫處的金屬，且熔池小，焊縫處的金屬熔化后可以迅速冷卻凝固，其冷卻速度遠大于現有技術下焊接高強鋼液態金屬的冷卻速度，在冷卻凝固過程中只經歷了回復和再結晶，沒有時間經歷晶粒長大的過程，所以，在本發明中，金屬晶粒在焊接過程中，出現了新的細小等軸晶粒，從而提高了熱影響區硬度，降低了軟化傾向；另一方面，利用本發明提供的高強鋼焊接方法中，激光器發射的激光束形成的激光斑點小，其直徑不超過0. 5mm，熱影響區窄，加之焊接熱輸入小，對母材組織影響較小，既能實現高強鋼的有效連接，又能夠獲得優良的焊縫組織，晶粒細小，晶粒分布的均勻性較高，因此其硬度較高，降低了焊縫接頭軟化傾向。所以，使用本發明提供的高強鋼的焊接方法得到的高強鋼焊接結構中焊縫處的熱影響軟化現象較低，提高承力較大的焊接結構的安全性。
圖I為現有技術中采用的焊接設備的焊接原理示意圖；圖2為本發明提供的高強度鋼焊接方法的流程圖；圖3為采用現有技術中的焊接方法和本發明提供的高強度鋼焊接方法焊接之后的焊接結構的焊縫區域的強度對比示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。如圖2所示，本發明提供的高強鋼焊接方法，包括步驟S201 :將兩塊高強鋼板材并行放置，并控制兩塊所述高強鋼板材之間的焊縫覽度。具體地，在步驟S201中，將兩塊待焊接的高強鋼板材并行放置后，根據不同的板材型號調整兩塊高強鋼板材之間焊縫的寬度，以便于后續步驟的進行。在完成步驟S201后，接著進行如下步驟S202。
步驟S202 :打開激光器，調節激光器的激光束與焊縫的中心線對中，同時調節激光束的離焦量；調節激光束的離焦量，以確定激光焦點與高強鋼板材焊縫面的相對位置，便于調節激光器發射的激光束對焊縫區的加熱。在完成步驟S202后，接著進行如下步驟S203。步驟S203 :調節電弧焊槍的焊絲與焊縫的中心線對中，調節電弧焊槍的傾斜角度，調節電弧焊槍的高度和焊絲的干伸長，且調節激光器的激光束和焊絲外端部之間的相對位置。具體地，在步驟S203中，調節焊絲與焊縫的中心線對中，確保焊絲焊接時與焊縫的對準精度，提高焊接強度。傾斜角度影響電弧焊槍電弧的挺度，進而影響焊接質量，因為當電弧焊槍的傾斜角度較小時，電弧焊槍的電弧對板材的影響減弱，其焊接熔深較淺，不利于焊縫成型，當電弧焊槍的傾斜角度過大時，電弧下潛到板材深入過深，將出現焊漏的情況，不利于焊縫良好成型，因此，需要調節電弧焊槍的傾斜角度。調節電弧焊槍高度和焊絲的干伸長，因為，當焊絲的干伸長過短時，焊接熔滴來不及長大即過渡到高強鋼板材上，將無法形成穩定的熔滴過渡，并且電弧下潛到高強鋼板材下部的深度過深，將造成焊縫焊漏；當焊絲干伸長過長時，電弧焊槍的電弧不穩，飛濺嚴重，焊縫成型不好，所以需要調節焊絲的干伸長；激光束和電弧兩種熱源的距離將影響二者的“復合”效果，當二者距離太近時，激光束容易直接打在熔滴上，造成焊接不穩定，飛濺嚴重，二來激光束容易穿過電弧，將極大的損失激光束的能量，當二者距離太遠時，其二者無法共熔池，達不到“復合”的效果，因此，需要調節激光器的激光束和焊絲外端部之間的相對位置。在完成步驟S203后，接著進行如下步驟S204。步驟S204 :調節激光器及電弧焊槍的參數和電弧焊槍的焊接速度。在該步驟S204中，調節激光器以及電弧焊槍的參數以及焊接速度，以提高焊接強度。在完成步驟S204后，接著進行如下步驟S205。步驟S205 :打開激光器并引燃電弧直至焊接完成時關閉激光和電弧。本發明提供的高強鋼焊接方法采用激光器，激光器發射的激光束能量密度高，可以快速熔化兩塊高強鋼板材焊縫處的金屬，且熔池小，焊縫處的金屬熔化后可以迅速冷卻凝固，其冷卻速度遠大于現有技術下焊接高強鋼液態金屬的冷卻速度，在冷卻凝固過程中只經歷了回復和再結晶，沒有時間經歷晶粒長大的過程，所以，在本發明中，金屬晶粒在焊接過程中，出現了新的細小等軸晶粒，從而提高了熱影響區硬度，降低了軟化傾向；另一方面，利用本發明提供的高強鋼焊接方法中，激光器發射的激光束形成的激光斑點小，其直徑不超過0. 5mm，熱影響區窄，加之焊接熱輸入小，對母材組織影響較小，既能實現高強鋼的有效連接，又能夠獲得優良的焊縫組織，晶粒細小，晶粒分布的均勻性較高，因此其硬度較高，降低了焊縫接頭軟化傾向。所以，使用本發明提供的高強鋼的焊接方法得到的高強鋼焊接結構中焊縫處的熱影響軟化現象較低，提高承力較大的焊接結構的安全性。優選地，上述步驟205中，在打開激光器之后及引燃所述電弧之前，還包括打開激光器，并使用激光器的紅光對準所述焊縫中心線預走一遍，并使紅光與所述焊縫的中心線之間的誤差不超過0. 5_。將紅光對準焊縫的中心，且誤差不超過0. 5mm,并預走一遍，以確保激光器發射的激光束在焊接過程中對兩塊高強鋼板材之間焊縫加熱的穩定性和精度。優選實施方式中，上述兩塊高強鋼板材可以為有規格，優選地，上述兩塊高強鋼均 為HQ100高強鋼，且厚度為6 14mm，兩塊高強鋼板材之間的焊縫寬度范圍為0 lmm。具體地，上述兩塊高強鋼的厚度可以為6mm、6mm、7mm、9mm、10mm、12mm、13mm、14mm。更優選地，上述兩塊聞強鋼的厚度為12mm。在上述優選實施方式的基礎上，激光器的參數中，激光器的輸出功率范圍為r6KW;經本發明的發明人調研發現，激光器發射的激光束在高強鋼板材上形成的斑點直徑的大小根據激光器的輸出功率不同會有所變化，所以，將激光器的輸出功率控制在4飛KW，可以將激光束的激光斑點的直徑控制在0. 2^0. 5mm,以減小激光束在焊縫處的加熱區域。更優選地，在上述優選實施方式的基礎上，激光器的參數中，激光器的激光束離焦量的范圍為Hmm。當激光束的焦點在高強鋼板材表面的下方時離焦量為負，在高強鋼板材表面的上方時離焦量為正，在高強鋼板材的表面上時為零。在上述優選實施方式的基礎上，電弧焊槍的參數中，上述電弧焊槍的工作電流范圍為20(T300A，工作電壓范圍為24 30V。進一步地，上述電弧焊槍的參數中，焊絲的干伸長為13 18mm。當然，上述電弧焊槍的參數中，上述電弧焊槍與高強鋼板材的表面之間的傾斜角度為30 60°。而在上述優選實施方式的基礎上，上述激光器的激光束與電弧焊槍的焊絲的外端部之間的距離為0. 5^3mm,以保證激光器的激光束與電弧焊槍的電弧共熔池。在上述優選實施方式的基礎上，優選地，步驟S204中提到的上述電弧焊槍的焊接速度為40 100cm/min。在具體焊接過程中，激光束以及電弧焊槍的電弧作用在焊縫上時均需要保護氣體進行保護，當保護氣體流量過小時達不到保護的效果，空氣中的氫氣、水分將進入到焊縫中，造成夾雜、氣孔等缺陷，而當保護氣體流量過大時，會造成電弧不穩定，從而影響焊縫質量，因此，優選地，上述激光器的激光束與高強鋼板材之間的保護氣體的流量為1(T15L/min，上述電弧焊槍與高強鋼板材之間的保護氣體的流量為12 18L/min。經測試，通過現有技術和本發明提出的焊接順序及工藝參數分別焊接12mm厚HQlOO高強鋼，在利用本發明提供的高強鋼焊接方法(Laser-MAG)采用上述優選實施方式及根據上述優選實施方式設定的各種參數焊接之后的焊接結構，無論是在焊縫區還是熱影響區均提高接頭硬度，并且局部區域甚至比母材還高，相較于采用現有技術中的高強鋼焊接方法(MG)焊接的焊接結構中，利用本發明提供的高強鋼焊接方法焊接的焊接結構中，焊接接頭焊縫區的硬度提高17. 2%，熱影響區其硬度能提高15. 5%,由此可見，通過本發明進行高強鋼焊接，可以顯著提高接頭硬度10 20%，降低接頭軟化現象，滿足實際工程需求。如圖3中所示。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明實施例進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種高強鋼焊接方法，其特征在于，包括 將兩塊高強鋼板材并行放置，并控制兩塊所述高強鋼板材之間的焊縫寬度； 打開激光器，調節激光器的激光束與所述焊縫的中心線對中，同時調節所述激光束的離焦量； 調節電弧焊槍的焊絲與所述焊縫的中心線對中，調節所述電弧焊槍的傾斜角度，調節所述電弧焊槍的高度和所述焊絲的干伸長，且調節所述激光器的激光束和所述焊絲外端部之間的相對位置； 調節所述激光器及所述電弧焊槍的參數和所述電弧焊槍的焊接速度； 打開所述激光器并引燃電弧直至焊接完成時關閉激光和電弧。
2.根據權利要求I所述的高強鋼焊接方法，其特征在于，在打開所述激光器之后及引燃所述電弧之前，還包括 使所述激光器的紅光對準所述焊縫中心線預走一遍，并使所述紅光與所述焊縫的中心線之間的誤差不超過O. 5mm。
3.根據權利要求2所述的高強鋼焊接方法，其特征在于，所述兩塊高強鋼板材均為HQlOO高強鋼，且厚度為6 14mm，兩塊所述高強鋼板材之間的焊縫寬度范圍為0 lmm。
4.根據權利要求3所述的高強鋼焊接方法，其特征在于，所述激光器的輸出功率范圍為4 6KW。
5.根據權利要求3所述的高強鋼的焊接方法，其特征在于，所述激光器的激光束離焦量的范圍為_3 2mm。
6.根據權利要求3所述的高強鋼焊接方法，其特征在于，所述電弧焊槍的工作電流范圍為20(Γ300Α，工作電壓范圍為24 30V。
7.根據權利要求6所述的高強鋼的焊接方法，其特征在于，所述焊絲的干伸長為13 18mm。
8.根據權利要求7所述的高強鋼的焊接方法，其特征在于，所述電弧焊槍與所述高強鋼板材的表面之間的傾斜角度為30飛0°。
9.根據權利要求Γ8任一項所述的高強鋼的焊接方法，其特征在于，所述激光器的激光束與所述焊絲的外端部之間的距離為O. 5 3mm。
10.根據權利要求9所述的高強鋼的焊接方法，其特征在于，所述電弧焊槍的焊接速度為 40 100cm/min。
11.根據權利要求10所述的高強鋼焊接方法，其特征在于，所述激光器的激光束與所述高強鋼板材之間的保護氣體的流量為l(Tl5L/min ;所述電弧焊槍與高強鋼板材之間的保護氣體的流量為12 18L/min。
全文摘要
本發明公開了一種高強鋼焊接方法，包括將兩塊高強鋼板材并行放置，并控制兩塊所述高強鋼板材之間的焊縫寬度；打開激光器，調節激光器的激光束與所述焊縫的中心線對中，同時調節所述激光束的離焦量；調節電弧焊槍的焊絲與所述焊縫的中心線對中，調節所述電弧焊槍的傾斜角度，調節所述電弧焊槍的高度和所述焊絲的干伸長，且調節所述激光器的激光束和所述焊絲外端部之間的相對位置；調節所述激光器及所述電弧焊槍的參數和所述電弧焊槍的焊接速度；打開所述激光器并引燃電弧直至焊接完成時關閉激光和電弧。上述高強鋼焊接方法中采用激光和電弧雙熱源，得到的高強鋼焊接結構中焊縫處的熱影響區軟化現象較低，提高承力較大的焊接結構的安全性。
文檔編號B23K26/24GK102962591SQ201210490879
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者王霄騰, 羅志敏, 任會禮, 付玲 申請人:中聯重科股份有限公司