通过激光电弧复合焊接来制造焊接接头的方法技术

本发明专利技术涉及用于制造焊接接头的方法，所述方法包括以下顺序步骤：I.提供至少两个金属基材，其中至少一个金属基材为钢基材，所述钢基材具有至少8mm的厚度并且由至少一个斜边界定，其中所述斜边至少部分地涂覆有包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的预涂层，所述纳米颗粒氧化物选自TiO2、SiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3、CrO3、CeCO2、La2O3及其混合物，以及II.通过处于引导电弧配置的激光电弧复合焊接将至少两个金属基材沿至少部分经涂覆的斜边进行焊接。基材沿至少部分经涂覆的斜边进行焊接。基材沿至少部分经涂覆的斜边进行焊接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过激光电弧复合焊接来制造焊接接头的方法
[0001]本专利技术涉及通过激光电弧复合焊接对金属基材进行焊接，特别是在金属基材中的至少一者为局部涂覆有焊剂以提高焊缝品质的钢基材的情况下。本专利技术还涉及相应的钢基材和用于制造钢基材的方法。本专利技术特别好地适用于建筑、造船、运输行业(铁路和汽车)、能源相关结构、油气和海上行业。
[0002]已知通过激光电弧复合焊接来焊接钢基材。该焊接技术结合了激光束焊接和电弧焊的原理。根据所使用的装置，存在四种主要类型的激光电弧复合焊接工艺：钨惰性气体(TIG)(也称为气体保护钨极电弧(GTA))、气体保护金属极电弧(GMA)(有时由其子类型称为金属惰性气体(MIG)或金属活性气体(MAG))、等离子体电弧和埋弧(SA)。
[0003]激光工艺和电弧工艺的结合引起焊接熔深深度和焊接速度二者的增加(与单独的每个工艺相比)。然而，尽管存在这些改进，仍然对限制焊缝中裂纹发生和提高工艺稳定性并因此提高焊接熔深存在空间。
[0004]因此，需要改善由激光电弧复合焊接制成的焊缝的品质，并因此改善焊接的钢基材的机械特性。还需要提高激光电弧复合焊接的沉积速率和生产率。
[0005]为此，本专利技术涉及用于制造焊接接头的方法，所述方法包括以下顺序步骤：
[0006]I.提供至少两个金属基材，其中至少一个金属基材为钢基材，所述钢基材具有至少8mm的厚度并且由至少一个斜边界定，其中所述斜边至少部分地涂覆有包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的预涂层，所述纳米颗粒氧化物选自TiO2、SiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3、CrO3、CeO2、La2O3及其混合物，以及
[0007]II.通过处于引导电弧配置的激光电弧复合焊接将至少两个金属基材沿至少部分经涂覆的斜边进行焊接。
[0008]根据本专利技术的方法也可以具有单独或组合考虑的以下列出的任选特征：
[0009]‑
钛酸盐选自：Na2Ti3O7、NaTiO3、K2TiO3、K2Ti2O5、MgTiO3、SrTiO3、BaTiO3、CaTiO3、FeTiO3和ZnTiO4及其混合物，
[0010]‑
预涂层的厚度为10μm至140μm，
[0011]‑
预涂层中的纳米颗粒氧化物的百分比低于或等于80重量％，
[0012]‑
预涂层中的纳米颗粒氧化物的百分比高于或等于10重量％，
[0013]‑
纳米颗粒的尺寸为5nm至60nm，
[0014]‑
预涂层中的钛酸盐的百分比高于或等于45重量％，
[0015]‑
钛酸盐的直径为1μm至40μm，
[0016]‑
预涂层还包含粘结剂，
[0017]‑
预涂层中的粘结剂的百分比为1重量％至20重量％，
[0018]‑
激光电弧复合焊接的电弧选自埋弧、气体保护金属极电弧、气体保护钨极电弧和等离子体电弧。
[0019]‑
预涂层还包含选自微米颗粒氧化物和/或微米颗粒氟化物的微米颗粒化合物，
[0020]‑
预涂层还包含选自由CeO2、Na2O、Na2O2、NaBiO3、NaF、CaF2、冰晶石(Na3AlF6)及其混合物组成的列表的微米颗粒化合物。
[0021]本专利技术还涉及用于制造经预涂覆的钢基材的方法，所述方法包括以下顺序步骤：
[0022]A.提供钢基材，所述钢基材具有至少8mm的厚度并且由斜截角为1
°
至10
°
的至少一个斜边界定，
[0023]B.在所述斜边上至少部分沉积包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的预涂覆溶液，所述纳米颗粒氧化物选自TiO2、SiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3、CrO3、CeO2、La2O3及其混合物。
[0024]根据本专利技术的用于制造经预涂覆的钢基材的方法还可以具有单独或组合考虑的以下列出的任选特征：
[0025]‑
预涂覆溶液的沉积通过旋涂、喷涂、浸涂或刷涂来进行，
[0026]‑
在步骤B)中，预涂覆溶液还包含溶剂，
[0027]‑
在步骤B)中，预涂覆溶液包含1g/L至200g/L的纳米颗粒氧化物，
[0028]‑
在步骤B)中，预涂覆溶液包含100g/L至500g/L的钛酸盐，
[0029]‑
在步骤B)中，预涂覆溶液还包含粘结剂前体，
[0030]‑
所述方法还包括步骤B)中获得的经预涂覆的钢基材的干燥步骤。
[0031]本专利技术还涉及钢基材，所述钢基材具有至少8mm的厚度并且由斜截角为1
°
至10
°
的至少一个斜边界定，其中所述斜边至少部分地涂覆有包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的预涂层，所述纳米颗粒氧化物选自TiO2、SiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3、CrO3、CeO2、La2O3及其混合物。
[0032]定义了以下术语：
[0033]‑
纳米颗粒是尺寸为1纳米(nm)至100纳米的颗粒。
[0034]‑
钛酸盐是指含有钛、氧和至少一种另外的元素例如碱金属元素、碱土元素、过渡金属元素或金属元素的无机化合物。它们可以呈其盐的形式。
[0035]‑“
经涂覆的”意指钢基材至少局部覆盖有预涂层。所述覆盖可以例如限于钢基材将被焊接的区域。“经涂覆的”包含性地包括“直接在......上”(其间未设置有中间材料、元件或空间)和“间接在......上”(其间设置有中间材料、元件或空间)。例如，对钢基材进行涂覆可以包括将预涂层直接施加在基材上，其间没有中间材料/元件，以及将预涂层间接施加在基材上，其间具有一种或更多种中间材料/元件(例如防腐蚀涂层)。
[0036]不希望受任何理论的束缚，认为预涂层主要改变焊接期间的熔池物理特性。似乎在本专利技术中，不仅化合物的性质，而且等于或小于100nm的氧化物颗粒的尺寸均改变电弧和熔池物理特性。
[0037]事实上，首先进行的电弧使预涂层熔化并将预涂层以溶解物质的形式并入到熔融金属中，并以电离物质的形式并入到电弧中。由于电弧中钛酸盐和纳米颗粒的存在，电弧收缩且熔融金属池的温度升高。因此，通过激光冲击熔融金属池更容易形成锁孔，即钢基材中由其蒸发而引起的字面上的孔。这提高了过程效率。
[0038]此外，溶解在熔融金属中的预涂层改变了马兰戈尼流(Marangoni flow)，所述马兰戈尼流(Marangoni flow)为由于表面张力梯度而引起的在液体
‑
气体界面处的质量传递。特别地，预涂层的组分改变了表面张力沿界面的梯度。这种表面张力的改变导致流体流反向朝向焊池的中心。不希望受任何理论的束缚，认为纳米颗粒在比微米颗粒更低的温度下溶解，因此在熔池中溶解有更多的氧，这激活了反向马兰戈尼流(Marangoni flow)。后者有助于保持适当的锁孔形状，这进而防止气体截留，并因此防止本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造焊接接头的方法，包括以下顺序步骤：I.提供至少两个金属基材，其中至少一个金属基材为钢基材，所述钢基材具有至少8mm的厚度并且由至少一个斜边界定，其中所述斜边至少部分地涂覆有包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的预涂层，所述纳米颗粒氧化物选自TiO2、SiO2、ZrO2、Y2O3、Al2O3、MoO3、CrO3、CeO2、La2O3及其混合物，以及II.通过处于引导电弧配置的激光电弧复合焊接将所述至少两个金属基材沿至少部分经涂覆的斜边进行焊接。2.根据权利要求2所述的方法，其中所述钛酸盐选自：Na2Ti3O7、NaTiO3、K2TiO3、K2Ti2O5、MgTiO3、SrTiO3、BaTiO3、CaTiO3、FeTiO3和ZnTiO4及其混合物。3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述预涂层的厚度为10μm至140μm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述预涂层中的所述纳米颗粒氧化物的百分比低于或等于80重量％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述预涂层中的所述纳米颗粒氧化物的百分比高于或等于10重量％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述纳米颗粒的尺寸为5nm至60nm。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述预涂层中的钛酸盐的百分比高于或等于45重量％。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述钛酸盐的直径为1μm至40μm。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述预涂层还包含粘结剂。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述预涂层中的粘结剂的百分比为1重量％至20重量％。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述激光电弧复合焊接的电弧选自埋...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔瓦罗，
申请(专利权)人：韦尔迪西奥解决方案AIE公司，
类型：发明
国别省市：