[发明专利]高强钢窄间隙焊接工艺和材料

说明书

本发明涉及一种高强钢窄间隙焊接工艺，采用功率3‑8kW激光器，矩形光斑尺寸≥20mm2，焊接速度0.3‑0.6m/min；送丝速度3‑8m/min，焊丝电流180‑260A，采用U形5‑10º坡口；焊丝C≤0.08%，Si ≤0.1%，Mn 1.5~3.0%，Cr 1.0‑3.0%,Ti 0.05~0.3%，B 0.01‑0.05%；20mm厚以内高强钢板单道次焊透，无裂纹，‑40℃低温韧性80J以上。

技术领域

本发明涉及一种高强钢的窄间隙焊接工艺和材料，属于焊接技术领域，特别是涉及一种800MPa高强钢的激光焊接工艺和焊丝。

背景技术

近年来，工程机械、压力水管、海工平台等大型建造物采用了抗拉强度800MPa高强度钢材，以提高结构部件的承载力和综合性能。

采用普通电弧焊接方法焊接该类钢板，常常会导致焊接软化，焊接效率也不高。为改善电弧焊接等方法带来的大热输入量的负面影响，近来，激光焊、激光-电弧复合焊等方法开始在800MPa高强钢焊接上得到引用。由于能量高、集中等特点，激光焊可以解决焊接软化问题。但是始终伴随高强钢的冷裂纹问题仍旧存在。

现有激光焊接技术主要通过工艺优化来改善冷裂纹敏感性，比如功率，热输入量，光斑直径等等，但无法改变焊接接头中热影响区或者熔合线位置附近的冷裂纹敏感性。只有同时从工艺和材料两方面入手才能在解决冷裂纹的同时，也改善了焊缝金属的低温韧性。

另外，由于激光焊和电弧焊在能量密度、热循环曲线等方面存在较大差别，同样的焊接材料在两种焊接方式下的表现是完全不同的。电弧焊用材料不能完全照搬到激光焊上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济高效、适用于1000MPa超高强度钢板的混合气体保护焊接用焊丝及焊缝金属，从而为工业界提供一种经济高效的焊接方法和手段。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

高强钢窄间隙焊接工艺，采用激光焊接方法，激光功率3-8kW，矩形光斑尺寸≥20mm2，离焦量16-25mm，激光束方向后倾，与钢板垂直方向成3-10°，焊接速度0.3-0.6m/min；送丝速度3-8m/min，焊丝电流180-260A，焊丝前倾与激光束成10-20°夹角，采用氮气保护；采用U形坡口，钝边1-3mm，无间隙，坡口角度5-10°，根部开口间隙3-5mm，钢板表面坡口开口宽度不超过板厚1/3；

高强钢窄间隙焊接材料，以重量百分比计，焊丝C≤0.08％，Si≤0.1％，Mn 1.5-3.0％，Cr 1.0-3.0％,Ti 0.05-0.3％，B 0.01-0.05％，余量为Fe及杂质元素；

采用窄间隙焊接工艺和材料制得的焊接接头，屈服强度≥830MPa，抗拉强度≥950MPa，-40℃冲击功≥80J；

焊接工艺技术要点说明如下：

激光功率3-8kW，矩形光斑尺寸≥20mm2，离焦量16-25mm，激光束方向后倾，与钢板垂直方向成3-10°，焊接速度0.3-0.6m/min，采用氮气保护；

板厚决定了所需激光功率，6-20mm厚度钢板单道次焊透成型需要功率3-8kW的激光器功率。

采用矩形光斑主要考虑到焊缝对中、与焊丝配合等等因素，可提高焊接工艺性能，避免未熔合、缺陷等焊接问题。

离焦量是也是控制焊丝正常熔化的关键，本发明中这个离焦量可确保焊丝在送丝过程中的稳定熔化填充。

激光束在前，焊丝在后。激光束一方面可提前熔化母材，随后的焊丝在熔池中熔化起到填充作用。激光束倾斜3-10°，主要是考虑到送死机构的位置问题。