[发明专利]440MPa级高强钢焊丝及激光-电弧复合焊接工艺

说明书

一种440MPa级高强钢焊丝及激光‑电弧复合焊接工艺，属于材料加工技术领域。焊丝化学成分重量百分比为：C：0.03～0.08，Si：0.40～0.80，Mn：1.2～2.0，Cr：0.20～0.60，Ni：1.00～1.40，Cu：0.005～0.015，P：≤0.01，S：≤0.01，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。上述焊丝的激光‑电弧复合焊接工艺：激光功率3～10kW，焦点处光斑直径0.2～0.4mm，离焦量0，光丝间距5～10mm，焊接速度0.8～1.5m/min，电弧电压20～25V，电流165～230A，送丝速度5～8m/min，保护气体为Ar+2％～5％O₂混合气体。优点在于，焊接接头具有良好的力学性能。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，特别是涉及一种适用于440MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接的焊丝及焊接工艺。

背景技术

随着船舶制造技术的发展，440MPa级船用高强钢薄板在大型船舶甲板、平台、舱壁、平直围壁和上层建筑结构等部位大量应用。薄板焊接中结构易变形，平整度控制困难；传统焊接方法如手工电弧焊、气体保护焊(CO₂气体保护焊、熔化极活性气体保护焊)、埋弧自动焊等存在焊接效率低、焊接质量难以控制等问题。为此，迫切需要开展440MPa级船用高强钢结构高效高质量焊接技术研究。

作为一种高效焊接方法，激光-电弧复合焊接具有焊接速度快、熔深大、精度高、适应性好等特点。激光-电弧复合焊与目前普遍使用的熔化极活性气体保护焊(MAG焊)相比，其焊接效率是MAG焊的4～8倍，焊材消耗量只有MAG焊的20％～30％，焊接变形只有MAG焊的1/3。

综上所述，船用高强钢结构采用激光-电弧复合焊接，可有效减少焊接变形，提高船舶薄板结构的焊接质量和焊接效率，满足精益造船的需求，提升我国的船舶制造核心能力。然而，鉴于激光-电弧复合焊接的特点，目前尚缺乏船用高强钢激光-电弧复合焊配套焊接材料。因此，开展440MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接配套焊接材料的研究对于行业焊接技术研究具有示范和带动作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于440MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接的焊丝及焊接工艺，解决现有440MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接缺乏配套焊接材料的问题。

本发明提供的适用于440MPa级船用高强钢激光-电弧复合焊接的焊丝的化学成分重量百分比为：C：0.03～0.08，Si：0.40～0.80，Mn：1.2～2.0，Cr：0.20～0.60，Ni：1.00～1.40，Cu：0.005～0.015，P：≤0.01，S：≤0.01，余量为铁和通常炼钢存在的杂质。

适用于440MPa级船用高强钢焊接，焊接接头具有良好的力学性能，抗拉强度≥580MPa，-40℃冲击吸收能量≥100J/cm²，焊缝平均腐蚀速率≤0.18mm/年，复合焊接接头疲劳强度≥420MPa。

为保证配套焊丝焊缝金属的强度，在铁素体焊丝的基础上，选择性的增加合金元素添加量，获得良好的显微组织，保证焊缝金属优良的力学性能。

在满足强度的前提下，尽量将焊丝中C和Cr含量控制在较低的范围内，以降低焊缝金属的碳当量、淬硬倾向及裂纹敏感系数。

焊丝中Mn、Si等合金元素的含量应保持在一定的水平，一方面用于固溶强化基体组织，以弥补降C导致的强度损失；另一方面，合理配比的Mn、Si含量可进行联合脱氧，降低焊缝中增氧引起的韧性损失。

加入适当含量的Ni，保证焊缝金属的韧性。

采用先进的冶炼技术，严格控制焊丝中S、P、O、N和其他杂质元素，保证焊缝金属的纯净化，改善焊缝金属的强韧性。

铜在焊丝中的突出作用是改善抗大气腐蚀性能，而且能够提高强度和屈服比。