一种船用高强钢中厚板的激光-电弧复合焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种船用高强钢中厚板的激光

【技术实现步骤摘要】
一种船用高强钢中厚板的激光
‑
电弧复合焊接方法


[0001]本专利技术属于高强钢焊接
，具体涉及一种船用高强钢中厚板的焊缝单道成形的激光
‑
电弧复合焊接方法。

技术介绍

[0002]在船舶行业高性能及大型化的需求驱动下，高强度船舶用钢材料及其焊接技术得到了长足的发展。低合金高强度钢中合金元素少，综合性能优良，是实用性高的船舶材料，特别是高强钢中厚板在船舶领域被广泛使用。
[0003]在实际船体的复杂结构中，高强钢中厚板可靠的焊接技术将是船舶整体性能的保障。目前的船用中厚板的连接主要以多道次焊接来完成，该方法填充量大、成本高、效率低；同时需要控制层间温度，清理层间焊渣才能进行下一步施焊，实施困难，生产周期长；且多层焊道增加了焊接残余应力，变形量大、易产生裂纹，大大降低了船板焊接件的性能。
[0004]专利文献CN108941913A公开了一种厚板船用高强钢的高效激光
‑
MAG复合焊接方法，包括以下工艺步骤：a)坡口加工：船用高强钢接头形式为Y型坡口对接，坡口角度θ＝20～30
°
，钝边高度h＝6～8mm；b)焊接材料：直径为1.2mm的焊接填充材料，牌号GHS50NS；c)激光
‑
MAG复合焊接：采用体积分数为80％～90％Ar及体积分数为20％～10％CO2混合保护气体，激光功率6.5～8kW、离焦量为
‑
2～0mm、光丝间距1～3mm、焊接电流270～300A、焊枪与水平面倾斜角度25～45
°
、焊接速度1～1.2m/min，单道一次实现14mm板厚的熔透焊接，焊接成形良好。但是，该文献解决的仅为400MPa级14mm厚EH36钢板单道成形的问题，其板材的碳当量仅为0.38％。
[0005]在高强钢焊接实践中，当钢材的碳当量小于0.45％时，无需预热也可以实现良好焊接；随着抗拉强度的提高，钢材的碳当量增加，焊接性变差，焊接难度急剧增加，当碳当量大于0.45％且小于0.6％时需预热50～200℃，当碳当量大于0.6％时需预热至更高温度，才能实现理想的焊接效果。对于船用的厚度10～12mm的10CrNi3MoV钢板，其抗拉强度为700MPa级别(大于655Mpa)，根据日本JIS碳当量公式C
eq
＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(％)计算，其理论碳当量C
eq
为0.478％～0.615％。而且与同等厚度的EH36、Q235等钢相比，10CrNi3MoV钢板的流动性较差，接头难以成形，因此在现有焊接技术中，必须进行预热处理。为防止焊接裂纹的产生，这类高强钢中厚板一般都需要焊前预热。但对于大型结构工件，预热往往需要配备专用的设备，还需要受过培训的操作人员从旁操作和监视，操作繁琐、成本高昂。且现有船舶工业生产中，通过传统陶瓷焊接预热板对高强钢进行预热的方法具有以下的局限性：(1)热辐射传热导致能量利用率不高；(2)施工温度高，现场环境恶劣，存在安全隐患；(3)主机体积、重量大，不易搬运，使用自由度低；(4)单独走线，不能充分利用场地本身的配电设施，成本高，制造进度慢。因此，为克服上述预热面临的问题，亟需开发采用一种热效率高、施工环境安全、使用灵活性强的预热工艺。
[0006]电磁感应加热技术是利用在高频磁场作用下产生的感应电流引起导体自身发热而进行加热的工艺，具有以下优点：可选择性地进行局部加热，工件变形小，电能消耗少；加
热速度快，工件表面氧化和脱碳都比较轻，大多数被加工件无须进行气体保护；可通过调整设备的工作频率和功率灵活改变加热参数；便于安装，易于实现机械化和自动化，提高生产效率；使用方便、操作简单、可随时开启或停止；电能利用率高，环保节能，安全可靠。此外，电磁感应技术还可实现激光
‑
电弧复合焊接过程中同步加热或后热，提高焊接熔深，保证焊缝成型，有利于改善焊接接头的材料组织和性能，提升焊接可靠性。例如：文献CN210444518U公开了一种用于管状及板类工件的电磁感应加热带。然而目前还尚未将该技术应用于高强钢中厚板的随焊磁感应焊接过程中。
[0007]此外，为进一步避免多道次焊接产生的残余应力和较大变形量可能导致的焊接裂纹，高强钢中厚板单道焊接的高效焊接工艺将十分必要。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种船用高强钢中厚板的焊缝单道成形的激光
‑
电弧复合焊接方法，以解决现有技术对船用高强钢中厚钢板焊接性差、难以单道成形、接头处易出现裂纹缺陷等问题，实现高强钢中厚板电磁感应随焊加热、单道成形的高效焊接技术。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
[0010]本专利技术的一种船用高强钢中厚板的激光
‑
电弧复合焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0011]S1，预处理：在高强钢中厚板工件的待焊边缘加工坡口，打磨清洗后对接贴合并固定，形成焊缝；
[0012]S2，装配：沿焊接方向，依次将电磁感应加热系统的预热线圈和激光
‑
电弧复合焊的焊枪设置在所述焊缝的正上方，与所述工件的表面相隔一定距离；所述预热线圈和所述焊枪分别与走行机构相连接；所述焊枪的电弧热源在前，激光热源在后，所述激光热源垂直于所述工件的板面，所述焊枪的枪头与所述工件的板面夹角为30～60
°
；
[0013]S3，焊接：打开磁感应加热系统，使预热线圈对所述焊缝处进行预热；预热到设定温度后，采用激光
‑
电弧复合热源对所述焊缝进行单道成形焊接；
[0014]S4，保温：焊接完成后，对所述工件整体采用石棉包裹保温，并使其随室温自然冷却，完全冷却后，去除焊缝余高即可；
[0015]所述高强钢中厚板为10CrNi3MoV钢板，厚度10～12mm；
[0016]所述激光热源的激光功率为9.5～14kW，离焦量为
‑
5mm～+3mm；所述焊枪的热源为MIG电弧，电弧电流为320～330A，电弧电压为30～32V，焊接速度为1.8～2.4m/s，送丝速度为11～14m/min；所述焊接的保护气为Ar
‑
CO2二元混合气，其中CO2的体积分数为18％～25％；保护气的流速为18～25L/min。
[0017]优选的，所述预热线圈的频率为12～18kHz，优选的预热温度为120～180℃。
[0018]优选的，所述预热线圈的下表面与所述工件的上表面的距离为1～5mm；所述预热线圈的中心至焊枪电弧的中心距离为80～100mm；所述焊枪电弧的中心与所述激光热源的中心距离为1～3mm。
[0019]所述焊接中，选用的焊丝是与所述工件等强匹配焊丝，更优选的，所述焊丝为直径1.0mm、1.2mm或1.6mm的WM960S焊丝中的一种。
[0020]优选的，所述坡口采用单边3～5
°
小角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用高强钢中厚板的激光
‑
电弧复合焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，预处理：在高强钢中厚板工件的待焊边缘加工坡口，打磨清洗后对接贴合并固定，形成焊缝；S2，装配：沿焊接方向，依次将电磁感应加热系统的预热线圈和激光
‑
电弧复合焊的焊枪设置在所述焊缝的正上方，与所述工件的表面相隔一定距离；所述预热线圈和所述焊枪分别与走行机构相连接；所述焊枪的电弧热源在前，激光热源在后，所述激光热源垂直于所述工件的板面，所述焊枪的枪头与所述工件的板面夹角为30～60
°
；S3，焊接：打开磁感应加热系统，使预热线圈对所述焊缝处进行预热；预热到设定温度后，采用激光
‑
电弧复合热源对所述焊缝进行单道成形焊接；S4，保温：焊接完成后，对所述工件整体采用石棉包裹保温，并使其随室温自然冷却，完全冷却后，去除焊缝余高即可。2.根据权利要求1所述的激光
‑
电弧复合焊接方法，其特征在于，所述高强钢中厚板为10CrNi3MoV钢板，厚度10～12mm。3.根据权利要求1所述的激光
‑
电弧复合焊接方法，其特征在于，所述激光热源的激光功率为9.5～14kW，离焦量为
‑
5 mm～+3 mm；所述焊枪的电弧热源为MIG电弧，电弧电流为320～330A，电弧电压为30～32V，焊接速度为1.8～2.4m/s，送丝速度为11～14m/min；所述焊接的保护气为Ar
‑
CO2二元混合气，其中CO2的体积分数为18%～25%；保护气的流速为18～25L/min。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐沛至，刘文天，尤德武，兰玲，阎璐，宋金英，王高飞，聂希，周鸿翔，颜立超，朱国斌，裴轶群，
申请(专利权)人：上海船舶工艺研究所中国船舶集团有限公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：