[发明专利]一种低合金钢激光-电弧复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金、机械、船舶、汽车、管道、石油化工、海洋装备、压力容器及军工等技术领域的一种低合金钢激光-电弧复合焊接技术，属于材料焊（连）接技术领域。

背景技术

低合金钢具有高强度、高韧性及良好的综合性能等特点，在工业领域得到广泛的应用。众所周知，任何金属结构材料的广泛应用不仅取决于其自身的性能特点，而且也依赖于焊（连）接技术的进步。目前，低合金钢焊接（特别是中、厚板焊接）主要采用埋弧焊、气体保护电弧焊等传统的焊接方法，虽具有工艺成熟、生产成本低等优点，但是存在焊接热输入量大、变形大、接头脆化、易产生缺陷及焊接生产效率低等问题。随着科学技术的进步和国民经济的发展，对低合金钢的焊接质量、生产效率及产品品质提出了更高的要求。传统的焊接方法一定程度上已不能满足不断提高的焊接质量及生产效率的要求。焊接技术创新升级是解决上述问题的重要选择对策。

激光-电弧复合焊是一种优质、高效的焊接新技术，它利用激光和电弧的特点组成复合焊接热源，具有能量密度高、热输入量低、熔深大、焊接速度快、变形小及装配间隙适应强等优点，有利于提高低合金钢的焊接质量、生产效率及产品品质，应用于中、厚板的焊接具有更大的优势。自二十世纪70年代英国学者W.M.Steen提出激光-电弧复合焊工艺思想以来，国内外科研工作者对这种焊接方法进行了较为深入的研究和探索。发达国家已将激光-电弧复合焊技术应用于汽车、船舶、航天航空、石油化工等工业领域，在改善焊接质量、提高生产效率、提升产品品质等方面取得了显著的效果。我国激光-电弧复合焊技术的研发及应用尚处于起步阶段。因此，基于激光-电弧耦合特点和激光-电弧复合焊参数的影响规律，研发低合金钢激光-电弧复合焊接技术在冶金、机械、船舶、汽车、管道、石油化工、海洋装备、压力容器及军工等领域具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种低合金钢激光-电弧复合焊接方法，该技术针对采用传统的焊接方法焊接低合金钢存在的问题，基于激光-电弧耦合效应特点，系统地研究激光-电弧复合焊参数对焊接热输入、熔深熔宽、焊接缺陷、焊缝成形、接头微观组织及力学性能等的影响规律，在此基础上，采用正交设计试验方法优化多层焊各层（道）焊缝的焊接参数及焊接坡口尺寸：第一道焊缝的优化目标是，增加熔化深度，防止未熔透、气孔等焊接缺陷，改善焊缝组织、性能及背面成形；多层焊后续焊缝的优化目标是，增加焊接熔敷量，防止未熔合、咬边等焊接缺陷，改善焊缝组织、性能及表面成形；焊接坡口尺寸的优化目标是，通过优化钝边高度和坡口角度，减少多层焊缝的层（道）数、焊接熔敷量及热输入量，提高焊接质量及焊接生产效率。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种低合金钢激光-电弧复合焊接方法，按以下工艺步骤进行：

a）坡口加工：低合金钢接头形式为Y形坡口对接，坡口角度θ=28-32°，钝边高度h=5-8mm。通过增大钝边高度和减小坡口角度，减少多层焊缝的层（道）数、焊接熔敷量及热输入量，提高焊接质量及焊接生产效率。

b）焊接材料：按照“等强性原则”及使用性能要求选择焊接材料，保证焊接接头的力学性能及使用性能。例如：Q355NH、S355J2W低合金钢的气体保护电弧焊，选用H10MnSiCuNiⅡ、NiCu1-IG焊丝。

c）焊接工艺：采用激光-电弧复合多层焊工艺，钝边间隙a≤1.0mm，激光功率0-6kW，离焦量（-1）-（-3mm），光丝间距1-3mm，焊接电流230-290A，焊接速度0.4-1.2m/min。

d）激光-电弧复合焊接过程中采用氩气（Ar）或活性气体（85-80%Ar+15-20%CO₂）保护焊接区，防止H、O、N等对焊缝组织、性能的有害影响，改善焊缝成形及焊接质量。

步骤c所述多层焊第一道焊缝的焊接参数：激光功率4-6kW、焊接电流230-250A、焊接速度0.8-1.2m/min，通过优化复合焊参数优化激光-电弧耦合效应及焊接线能量，增加熔化深度，防止未熔透、气孔等焊接缺陷，改善焊缝背面成形，提高焊接质量及效率；多层焊后续焊缝的焊接参数：激光功率0-2kW、焊接电流230-290A、焊接速度0.4-0.7m/min，通过优化复合焊参数优化激光-电弧耦合效应及焊接线能量，增加焊接熔敷量，防止未熔合、咬边等焊接缺陷，改善焊缝表面成形，提高焊接质量。