一种超高强度钢的焊缝激光处理系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种超高强度钢的焊缝激光处理系统，它包括有保护气体装置、激光焊接装置、激光处理装置、非接触测温装置、激光发生传输装置，其中，保护气体装置、激光焊接装置、激光处理装置和非接触测温装置安装在同一机床运动单元上，激光焊接装置与激光处理装置之间通过激光发生传输装置连接。采用本实用新型专利技术可以扩大焊接窗口，提高韧性，避免断带。所谓焊接窗口即相应材料的焊接功率、速度范围。

【技术实现步骤摘要】
一种超高强度钢的焊缝激光处理系统
本技术涉及金属材料的热处理
，尤其是指一种超高强度钢的焊缝激光处理系统。
技术介绍
在带钢连续退火生产线上，一般采用激光焊接实现带钢头尾相连，达到连续退火的目的。对于含有较高合金元素的材料，激光焊接后的焊缝会出现淬火组织，焊缝内的马氏体含量较高时，会使得焊缝的塑性较差，进而引发断带事故，严重制约这部分材料的生产。目前已具有电磁感应退火回火技术、焊缝搭接焊、离线退火回火等技术。但这类技术在冷轧焊缝的处理上中都不够理想，比如电磁感应退火回火容易造成夹具的热损伤，焊缝搭接焊会对带钢支撑设备造成损害，如带钢夹送辊，而离线退火回火的工作效率较低。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超高强度钢的焊缝激光处理系统，本技术扩大了焊接工艺窗口，降低带钢断带风险，甚至可避免因焊缝韧性过低而导致带钢断带，从而实现冷轧超高强度带钢的激光焊接连续退火生产。为实现上述目的，本技术所提供的技术方案为：一种超高强度钢的焊缝激光处理系统，它包括有保护气体装置、激光焊接装置、激光处理装置、非接触测温装置、激光发生传输装置，其中，保护气体装置、激光焊接装置、激光处理装置和非接触测温装置安装在同一机床运动单元上，激光焊接装置与激光处理装置之间通过激光发生传输装置连接。保护气体装置、激光焊接装置、激光处理装置和非接触测温装置随着激光焊接装置一起运动。为增加激光退火回火时间，激光处理装置可单独按照在另外一套机床上，等激光焊接完毕后在进行激光退火回火，但这种方式会增加焊缝处理时间，降低生产效率。所述的激光处理装置包括有激光传输光纤、光纤接头、光纤连接模组、准直模组、激光整形模组、聚焦镜模组、保护镜模组，其中，聚焦镜模组内设有光纤接头，聚焦镜模组其中一端安装有保护镜模组，另一端依次设有激光整形模组、准直模组、光纤连接模组；激光传输光纤依次穿过光纤连接模组、准直模组、激光整形模组与光纤接头连接。可增加激光全反射模组，用于改变激光传输方向。激光处理装置采用的功率根据带钢焊缝温度进行调节。采用非接触测温装置，如红外感应测温度，可安装多个测温仪，实现焊缝持续温度检测，采用非接触测温装置测量激光退火或回火焊的缝表面的温度，通过计算机处理温度数据和激光退火回火工艺数据后，可实现激光功率反馈控制。对于退火回火不高的钢种，也可根据焊缝质量需要，直接调节激光功率、焊接速度、扫射范围等参数，简化测量控制过程，而取消非接触测温装置。激光聚焦后的激光点在激光整形模组处理后，可将激光点在X轴、Y轴上按照一定的运动要求进行扫射，如圆、正弦、螺线等。激光扫射在所需的范围内，如椭圆、直方范围，该范围称之为光斑。退火回火激光扫描光斑大小满足：沿焊缝方向（X轴）扫描长度大于等于5mm。沿垂直于焊缝方向（Y轴）扫描宽度大于等于2mm。沿焊缝方向（X轴）扫描长度根据焊接速度进行调整，沿垂直于焊缝方向（Y轴）扫描宽度根据焊缝宽度进行调整。为了提高焊缝的韧性，采用激光退火回火对焊缝进行处理。根据焊缝质量要求对焊缝进行退火或回火，激光回火时带钢温度范围为300℃～740℃，激光退火时带钢温度范围为740℃～900℃。作为优选回火：激光回火时带钢温度范围为500℃～730℃，激光退火时带钢温度范围为730℃～850℃。进一步的作为优选回火：激光回火时带钢温度范围为550℃～730℃，激光退火时带钢温度范围为730℃～800℃。在高温区退火或正火时，如850℃～1200℃，应注意降低速度，防止出现表面淬火，生产中应尽量避免高温退火。因激光对焊缝表面加热，热量是通过金属的热传递至焊缝中心，当焊缝表面温度较高时，由焊缝中心至表面可出现回火、退火、正火不同温度的组织结构，一般的，激光回火温度范围为300℃～740℃。激光退火时，带钢焊缝温度范围为740℃～800℃。正火时，钢焊缝表面温度范围为800℃～950℃。为提高生产效率，可降低激光处理时的焊缝表面温度，焊缝表面温度可为回火、退火温度区间，即回火温度范围为300℃～740℃，退火温度范围为740℃～800℃。焊缝中的马氏体经激光回火处理后得到回火马氏体。回火温度较低时，如400℃,回火马氏体上可见碳化物析出。回火温度较高时，如650℃，可见马氏体发生分解。对于焊缝熔融区，激光退火处理后的焊缝显微组织主要为铁素体、珠光体。经激光高温处理（900℃～1200℃）的焊缝可能会发生表面淬火现象，这时的显微组织可出现马氏体，但焊缝最高硬度在激光退火处理后至少降低10HV，也可以满足焊缝在生产中不断带的要求。激光处理加热速度和冷却速度较快，焊缝的周围金属会加快激光处理的位置冷却，同时超高强度钢添加了大量淬火元素，因此激光处理后可存在少量马氏体和贝氏体，或不是典型的退微观组织，为正火组织。因此在740℃以上激光焊缝处理时，可为退火或正火。激光处理是对焊缝表面进行加热，有表层原子热传递高焊缝中心位置，如果焊接速度较快、扫描光斑的X轴长度较短，则会导致表面得到改善的微观组织，而内部却没有得到充分改善，微观组织有表面像心部呈渐变。或者由于表面温度过高而出现表面淬火现象，焊缝处理时因避免表面激光淬火，较为合适的方法是增长X轴，降低焊接速度。为进一步改进激光退火、正火、回火处理效果，均匀焊缝心部至表面的组织结构，可安装多个激光回火装置实现分段激光退火和缓慢冷却，进而避免激光退火后的焊缝在空气中发生过度淬火。也可在焊缝上下面安装激光处理装置，降低上下表面的温度差。超高强度钢经淬火后的抗拉强度≥1300MPa。未经激光退火或回火的焊缝区最高硬度至少为400HV。一般的，焊接前的超高强度钢是冷轧态，显微组织主要是变形的铁素体和珠光体，极高焊接后焊缝内存在马氏体。焊缝经过退火或回火得到相应的显微组织。超高强度钢的化学成分满足C%：0.20%～0.40%，Mn%：0.5%～3.0%，B%：0.0008%～0.008%。添加了其他用于强化或晶粒细化元素，如Ni、Cr、Mo、V、Ti、Nb等，这些元素可单独添加或复合添加。添加这些合金元素应至少满足以下两条中的一条：Ni、Cr、Mo含量总和大于等于0.05%；V、Ti、Nb含量总和大于等于0.01%。超高强度钢可以和其他材质的带钢焊接，采用本技术可以扩大焊接窗口，提高韧性，避免断带。所谓焊接窗口即相应材料的焊接功率、速度范围。附图说明图1为本技术的装置布置示意图。图2为本技术退火回火装置意图。图3为本技术退火回火光斑扫描路径示意图。图4为未经激光退火回火处理的焊缝。图5为未经激光退火回火处理的焊缝熔融区马氏体组织。图6为经激光回火处理的焊缝。图7为经激光回火处理的焊缝熔融区回火马氏体组织。图8为经激光退火处理的焊缝。图9为经激光退火处理的焊缝熔融区组织结构。图10为超高强钢的成分。图11为经退火回火处理的焊缝最高硬度。具体实施方式下面结合所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强度钢的焊缝激光处理系统，其特征包括：它包括有保护气体装置（A1）、激光焊接装置（A2）、激光处理装置（A3）、非接触测温装置（A4）、激光发生传输装置（A5），其中，保护气体装置（A1）、激光焊接装置（A2）、激光处理装置（A3）和非接触测温装置（A4）安装在同一机床运动单元上，激光焊接装置（A2）与激光处理装置（A3）之间通过激光发生传输装置（A5）连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种超高强度钢的焊缝激光处理系统，其特征包括：它包括有保护气体装置（A1）、激光焊接装置（A2）、激光处理装置（A3）、非接触测温装置（A4）、激光发生传输装置（A5），其中，保护气体装置（A1）、激光焊接装置（A2）、激光处理装置（A3）和非接触测温装置（A4）安装在同一机床运动单元上，激光焊接装置（A2）与激光处理装置（A3）之间通过激光发生传输装置（A5）连接。


2.根据权利要求1所述的一种超高强度钢的焊缝激光处理系统，其特征包...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖彪，周焕能，彭群峰，魏敏君，李翔，李长胜，吴盛祥，刘文，蒙诗贵，
申请(专利权)人：华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43