一种高强钢中厚板T形接头的激光-电弧复合焊接方法技术

本发明专利技术公开了一种高强钢中厚板T形接头的激光

【技术实现步骤摘要】
一种高强钢中厚板T形接头的激光
‑
电弧复合焊接方法


[0001]本专利技术属于高强钢焊接
，具体涉及一种高强钢中厚板T形接头的单面熔透、双面成形的激光
‑
电弧复合焊接方法。

技术介绍

[0002]随着船舶吨位的大型化，普通钢的强度和体量已经难以满足实际船舶行业的要求。基于对节能环保和结构轻量化的考虑，低合金高强钢金属三明治板正越来越多的应用于船舶行业中。该结构不仅能够满足船舶服役时所需的强度，还可避免对大的材料厚度的要求。
[0003]作为金属三明治板的最小特征结构单元，T形接头的性能直接关系到整个船体的安全。而T形接头受结构封闭性制约，部分情况下只能实施单面焊。同时焊接空间受限致使常规使用的熔焊方法焊枪移动十分困难，容易出现焊接可达性不足，焊缝根部熔合不良等问题，导致焊接作业难度很大。由于需要满足焊道完全熔透和良好成形的需求，在中厚板角焊缝的焊接中，为了使焊缝质量达到要求，会增加焊缝厚度，增大填充金属量。但过多的填充金属会增加焊缝重量，提高焊接热输入，增加残余应力出现焊接变形。
[0004]对于采用厚度10～12mm的船用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Ceq＝C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(％)计算，其理论碳当量Ceq为0.478％～0.615％，现有焊接技术需要预热后才能施焊。而研究表明，通过改变保护气体成分，例如在常用的Ar
‑
CO2保护气的基础上添加适量的O2，可以改变电弧等离子体形态和熔滴过渡形式，进而改善焊缝熔深。此外，与单激光或普通电弧焊相比，激光电弧复合焊工艺具有熔深大、装配间隙适配度大、焊接速度快等优点，因而十分适合实现T形接头不预热、单面熔透、双面成形焊接。
[0005]本专利技术提出了一种不预热、不开坡口的T形接头单面熔透双面成型焊接工艺，可以提升高强钢中厚板T形接头焊接的效率及可靠性。与已有的双面熔透焊相比，减少了焊接道次、降低了焊材消耗与残余应力，是一种十分有应用前景的T形接头焊接方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高强钢中厚板T形接头单面熔透、双面成形的激光
‑
电弧复合焊接方法，以解决现有技术中船用高强钢中厚板焊接工序复杂、难以单面成形、接头处易产生裂纹及残余应力缺陷等问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
[0008]本专利技术的一种高强钢中厚板T形接头的激光
‑
电弧复合焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]S1，预处理：打磨清洗高强钢中厚板工件的预焊接区域，将其装配并固定；
[0010]S2，焊接：沿着焊接方向，将焊枪的电弧热源在前、激光热源在后间隔1～3mm固定；其中，激光与所述工件的底板的夹角为58～62
°
，电弧枪头与所述底板的夹角为30～45
°
；对
所述工件的T形接头处进行激光
‑
电弧复合的单面熔透双面成型焊接；焊接完成后直接室温自然冷却即可；
[0011]所述激光热源的激光功率为8.0～9.5kW，离焦量为
‑
2mm～
‑
5mm；所述焊枪为MIG电弧焊，电弧电流为300～340A，电弧电压为25～30V，焊接速度为1.5～2.8m/s，送丝速度为11～13m/min；所述焊接的保护气为Ar
‑
CO2‑
O2三元混合气，保护气的流速为18～25L/min；
[0012]所述高强钢中厚板为10CrNi3MoV钢板，厚度10～12mm。
[0013]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。
[0014]优选的，所述Ar
‑
CO2‑
O2三元混合气中，CO2的体积分数为18％～25％，O2的体积分数为3％～5％，其余为Ar气。
[0015]优选的，所述S1中，所述打磨使用砂轮抛光机，对所述工件的T形接头内侧10mm范围内的表面进行打磨，采用丙酮清洗打磨过的表面以去除表面油污锈迹。
[0016]优选的，所述S1中，所述固定采用工装夹具固定，T形接头装配间隙为0.1～1.0mm。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0018](1)本专利技术通过调节激光和电弧复合焊接参数，获取了理想的高强钢中厚板T形接头不开坡口的单面焊缝成形，简化了焊接工序，提升了效率；电弧在前熔化填充焊丝完成T形焊缝接头成形，激光热源在后对焊缝产生一定程度的退火作用，减小焊缝中的残余应力及变形；激光与电弧的复合焊接过程中，在保证大熔深的同时在一定程度上增加熔深宽度，能够实现中厚板T形接口在不开坡口的状态下的单面熔透焊接成形。
[0019](2)激光电弧复合焊接利用了激光和电弧热源的优势，具有热输入低，热影响区小，工件变形小的特点，大大减少了焊后热处理及加工处理的工序。
[0020](3)本专利技术焊接工艺流程简单、高效，避免了焊前预热和焊后热处理及加工的工序，巧妙地利用了激光
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电弧复合热源的特性完成了中厚板焊接接头免开坡口的焊接，实施柔性高，提高了焊接效率，降低了生产成本。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的激光
‑
电弧复合焊接方法的示意图，1为待焊工件，2为激光热源的激光束，3为MIG焊枪。
[0022]图2为实施例1复合焊接后的焊接件T形接头截面实物图。
[0023]图3为实施例1复合焊接后的高强钢T形焊接接头的硬度取样位置示意图。
[0024]图4为实施例1复合焊接后的高强钢T形焊接接头的硬度测试结果。
[0025]图5为对比例1符合焊接后高强钢T形焊接接头成形结果。
具体实施方式
[0026]本
的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本专利技术，而并非用作对本专利技术的限定，只要在本专利技术的实施范围内对实施例进行变换、变型都可在本专利技术权利要求的范围内。
[0027]实施例1
[0028](1)焊接材料
[0029]700MPa级10CrNi3MoV高强钢板，厚度为10mm的纵骨和12mm的底板；
[0030]焊丝为WM960S焊丝，直径为1.6mm。
[0031]焊接的保护气为体积分数为20％CO2、3％的O2和77％Ar的Ar
‑
CO2‑
O2三元混合气。
[0032](2)焊接过程包括如下步骤：
[0033]S1，预处理及固定：焊接形式采用高强钢T形接头不开坡口单边焊接的形式；使用砂轮抛光机，对T形接口接缝及两侧10mm范围内的表面进行打磨，采用丙酮清洗打磨过的表面以去除表面油污锈迹；T形接头装配间隙为0.5mm，试板两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强钢中厚板T形接头的激光
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电弧复合焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，预处理：打磨清洗高强钢中厚板工件的预焊接区域，将其装配并固定；S2，焊接：沿着焊接方向，将焊枪的电弧热源在前、激光热源在后间隔1～3mm固定；其中，激光与所述工件的底板的夹角为58～62
°
，电弧枪头与所述底板的夹角为30～45
°
；对所述工件的T形接头处进行激光
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电弧复合的单面熔透双面成型焊接；焊接完成后直接室温自然冷却即可。2. 根据权利要求1所述的激光
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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8.0～9.5kW，离焦量为
‑
2 mm～
‑
5 mm；所述焊枪为MIG电弧焊，电弧电流为300～340A，电弧电压为25～30V，焊接速度为1.5～2.8m/s，送丝速度为11～13m/min；所述焊接的保护气为Ar
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CO2‑
O2三元混合气，保护气的...

【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，赵琼，
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：