[发明专利]一种高氮钢双光束激光+(N-MIG)电弧复合焊接方法

说明书

本发明公开了一种高氮钢的双光束激光+(N‑MIG)电弧复合焊方法，它涉及材料加工领域，将一台固体激光器发出的激光束通过光纤传输到双光束激光焊接头，产生能量可以调节的两束激光，同时到达焊接部位，再旁轴复合上N‑MIG电弧热源，共同作用于待焊接部位，形成共熔池，得到优质焊缝。本发明将能量可调的双光束激光热源与N‑MIG电弧热源以串行排列的方式作用于高氮钢母材实现高效优质焊接，该方法能够控制焊接温度场的分布，提高焊接稳定性和对接头的适应性，能够有效减少氮的损失，改善焊缝微观组织。

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种高氮钢的双光束激光+(N-MIG)电弧复合焊接方法。

背景技术

高氮钢作为一种新兴的具有高强度、高塑性、高抗高速冲击、高耐腐蚀等显著特征的结构和功能用钢，有着十分广泛和重要的应用前景，但由于其独特的理化性能和较为特殊的冶炼制备工艺过程，使其具有较为特殊的焊接性能和焊接工艺瓶颈。氮在高氮钢中的溶解度极低，冶炼制备时，采用“高压氮法”或“氮成分协同法”制备高氮钢，工艺复杂、难度大；实际熔化焊接过程，高氮钢在电弧、激光、电子束热源作用下熔化，氮元素逸出、损失，造成凝固后的焊缝接头“氮含量”大量损失，失去“氮固溶奥氏体”组织特征，采用常规弧焊工艺或常规激光焊接工艺，高氮钢焊缝氮含量仅0.1～0.2%，强度、抗冲击性能、耐蚀性能等均大幅下降，不能再称之为“高氮钢”。

发明内容

针对高氮钢采用传统焊接方法时熔深小、氮损失严重、易产生焊瘤咬边等缺欠、焊接效率低等问题，本发明的目的在于提供一种高氮钢的双光束激光+(N-MIG)电弧复合焊接方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

本发明的一种高氮钢的双光束激光+(N-MIG)电弧复合焊接方法，它是按照以下步骤进行的：

步骤一，焊接前，根据板厚将待焊工件的待焊接部位加工成所需坡口型式，并对加工后的坡口及表面进行清理；

步骤二，采用双光束激光焊接和N-MIG电弧焊接的复合焊接方式，调节焊接工艺参数如下：

激光功率为1kW~10kW，两束激光功率比列为1:1~1:4，两束激光光斑中心间距为1~5mm，离焦量为-5~+10mm；采用Ar+O₂+N₂三元活性气体保护，气流量为10L/min~50L/min，N-MIG电弧电流为80~220A，电压为15V~26V，焊接速度为0.2~10m/min；

步骤三，对待焊接部位进行焊接，在焊接实施过程中，采用工业机器人集成系统控制焊接工艺参数和轨迹姿态，首先N-MIG电弧起弧，激光器控制发出激光并通过焊接头形成双光束激光，将双光束激光和N-MIG电弧热源共同作用在待焊接部位，加热工件形成共熔池，最后形成优质焊缝。

较佳的，所述坡口为I型坡口、Y型坡口、X型坡口或不对称的坡口型式。

较佳的，Ar+O₂+N₂三元气体，是指体积百分比Ar为77%~94%，O₂为1%~3%，N₂为5%~20%的三元气体。

较佳的，复合焊接时，沿着焊接方向，采用双光束激光热源位置在前，N-MIG电弧热源位置在后的复合方式，双光束激光热源与N-MIG电弧热源的间距为1mm~4mm。

较佳的，双光束激光焊接头与焊接试板呈85°~95°夹角，MIG焊枪与待焊工件呈50°~70°夹角。

较佳的，双光束激光波形可以调节控制，可以连续也可以脉冲，从而有效控制焊接温度场分布。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：