[发明专利]一种实现高强钢快速拼接的激光焊接方法

说明书

一种实现高强钢快速拼接的激光焊接方法，包括如下步骤：1)将高强钢的两个热卷分别作为前行卷和后行卷；将前行卷的带尾和后行卷的带头经双切剪剪切后对中拼接；2)使用CO₂激光器作为焊接激光源，激光束从激光源外光路出来后直接进入分光装置，该分光装置依次包括反射镜‑分光镜‑聚焦镜；激光束从分光装置出来后形成三束激光束，第一激光束落在拼接焊缝前，用于焊前预热；第二激光束落在拼接焊缝上，形成熔池用于激光焊接；第三激光束落在拼接焊缝后，用于焊后退火；通过调整激光源的功率输出和分光镜的楔形角与激光反射面面积来控制三束激光束的能量比；3)调整分光镜的角度控制三束激光束的光束间距，调整聚焦镜控制三束激光束的焦深。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术，尤其涉及一种实现高强钢快速拼接的激光焊接方法。

背景技术

在冷轧连续生产工艺中，非常重要的一点就是将前行热轧带钢的末端与后续带钢的头部焊接起来形成焊缝，然后使其通过轧线，形成连续轧制，可大大提高生产效率。此时，如果焊缝质量不良，则焊缝在通过轧制线时会出现断带，导致生产中断。激光焊接技术因激光焊接质量高、无接触、深宽比大、变形小、焊接美观、而且焊缝的机械性能基本与母材一致，因此适于许多领域尤其是钢带板材的焊接。高强钢焊接时容易出现焊接氢致裂纹、焊接应力、焊接热影响区软化及韧性下降，焊接接头疲劳等问题。目前冷连轧机生产高强钢时，为在焊缝处获得适当的抗拉强度、疲劳强度和较好的韧性，避免氢致裂纹的产生，焊缝都需要进行焊前预热和焊后退火处理，这种生产方式不仅延长了生产时间，大大降低了生产效率，同时也增加了设备的复杂程度，加大了设备维护成本和难度。

抗拉强度≥400MPa的高强度钢种在冷连扎机生产时都要经过焊前预热和焊后退火处理，焊接时间长；

高强钢经连轧机轧制时在大压下量、大张力的作用下，极易发生焊缝断带，焊缝断带率高达4.4％；

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现高强钢快速拼接的激光焊接方法，实现激光焊接过程的预热、焊接和退火同时进行的新型高强钢焊接工艺，此方法能够实现高强度钢材的快速焊接，且其焊缝接头可获得适当的抗拉强度、疲劳强度和良好的韧性，能够满足轧机连续生产的要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种实现高强钢快速拼接的激光焊接方法，其包括如下步骤：

1)将高强钢的两个热卷分别作为前行卷和后行卷；将前行卷的带尾和后行卷的带头经双切剪剪切后对中拼接；所述拼接间隙即前行卷带钢带尾和后行卷带钢带头经双切剪剪切后的间隙为0.05mm-0.30mm；

2)使用CO₂激光器作为焊接激光源，所述CO₂激光器激光束从激光源外光路出来后直接进入分光装置，该分光装置依次包括反射镜-分光镜-聚焦镜；激光束从分光装置出来后形成三束激光束，其中，第一激光束落在拼接焊缝前，用于焊前预热；第二激光束落在拼接焊缝上，形成熔池用于激光焊接；第三激光束落在拼接焊缝后，用于焊后退火，消除残余焊接应力；通过调整激光源的功率输出，和分光镜的楔形角与激光束反射面面积来控制三束激光束的能量比；

3)调整所述分光镜的角度控制三束激光束的光束间距，调整所述聚焦镜控制三束激光束的焦深。

优选的，激光束能量使用激光功率密度ρ，功率密度ρ＝激光输出功率P/焊接速度V；激光束焊前预热功率P前和焊后退火功率P后的选择取决于带钢厚度h，第一、第三激光束功率密度ρ为：ρ<k-0.13h+0.06h2，其中k为常数，k＝0.35～0.55；用于激光焊接的第二激光束能量必须足够熔化焊丝和母材，形成焊缝，第二激光束功率密度ρ为：ρ>k-0.13h+0.06h2；其中，激光功率密度ρ单位60kJ/m，激光输出功率P单位kW，焊接速度V单位m/min，带钢厚度h单位mm。