[发明专利]一种改善焊缝强韧性的激光焊接方法

说明书

本发明提供了一种改善高钢级管线钢焊缝强韧性的激光焊接方法，属于高钢级管线钢的焊接技术领域；该方法包括以下步骤：焊前清洗，去除高钢级管线钢板表面油污；装夹，用焊接卡具进行固定；选用合适的保护气混合气体种类和含量；设备参数设定及焊接机器人焊接编程；激光焊接，保护气为惰性气体与氧化活性气体的混合气。激光焊接过程中，氧化性保护气在激光的强电离作用下分解出的氧离子与激光熔池中的金属离子反应生成Ti₂O₃‑MnO‑Al₂O₃‑SiO₂复合夹杂物，夹杂物周围产生的贫锰区诱导激光焊缝中大量针状铁素体的生成，实现了焊缝强韧性匹配，且降低了焊接成本，显著提高焊接效率。

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，尤其涉及一种改善焊缝强韧性的激光焊接方法，具体为一种通过调控保护气诱导针状铁素体改善高钢级管线钢焊缝强韧性的激光焊接方法。

背景技术

随着油气勘测向着两极和深海进行，服役环境要求管线钢具有更高的强度和韧性。在管线钢铺设过程中，焊接是最常用的连接方式。在传统的弧焊(焊条电弧焊(SMAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)等电弧焊技术)过程中，由于弧焊的能量密度和熔深能力的限制，焊接中厚板时往往需要极大的热输入或进行多道次焊接，作业成本高，焊接效率较低，且在进行多道次焊接时焊缝会经历重熔和再加热效果，导致焊缝的组织分布很不均匀，极大降低焊缝的力学性能，尤其是低温韧性。此外，弧焊的多道次焊接时的累计热输入会扩大热影响区，使焊接接头晶粒粗化，进一步使焊接接头的机械性能降低，特别是接头的低温冲击韧性相对于母材显著降低(≤10％的母材冲击功)，极大地降低了管线钢安全性和可靠性。近年来，随着激光器的快速发展，大功率激光器可以实现中厚板的单道次焊透，且具有焊速快，深宽比大，热变形小，热影响区窄和自动化程度高等优点，具有广阔应用前景。焊缝作为焊接接头的重要组成部分，其组织类型决定焊缝的性能。众所周知，针状铁素体由于其具有互锁结构和细化晶粒的特点在偏转裂纹扩展方向，阻碍裂纹扩展以及提高韧性等方面具有积极效果。

在激光焊接过程中，主要施加惰性气体(氩气或氦气)来防止焊接熔池金属元素的氧化和烧损，从而来保证焊接接头力学性能。同时，目前在高钢级管线钢激光焊缝中显微组织主要为韧性不佳的贝氏体和马氏体，极少在激光焊缝中能生成高体积分数的针状铁素体焊缝组织。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改善焊缝强韧性的激光焊接方法，本发明提供的方法实现了焊缝强韧性，且降低了焊接成本，显著提高了焊接效率。

本发明提供了一种改善焊缝强韧性的激光焊接方法，包括：

在保护气体的存在下，将高钢级管线钢进行激光焊接，诱导焊缝生成针状铁素体；

所述保护气体包括：

惰性气体和氧化活性气体。

优选的，所述保护气体还包括：压缩空气。

优选的，所述压缩空气的流量为0～40L/min。

优选的，所述压缩空气的吹气方式为同轴吹气。

优选的，所述惰性气体包括：

氩气和/或氦气。

优选的，所述氧化活性气体包括：

二氧化碳和/或氧气。

优选的，所述保护气体的流量为0～45L/min。

优选的，所述氧化气体的吹气方式为侧吹。

优选的，所述侧吹的吹气角度为0～75°。

优选的，所述惰性气体在保护气体中的体积含量≤100％。