CN114850675B - 一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法，带钢采用酸轧联合机组生产，前卷带钢的尾部与后卷带钢的头部采用激光对焊时，激光焊接工艺参数如下：焊接前热温度为350～550℃，加热时间为3～4s；激光功率为11～12kW；焊接速率为2.6～3.4m/min；焊接后热温度为460～580℃，加热时间为3～4s，之后随环境冷却。本发明通过控制激光焊接与前后感应加热工艺参数提升焊缝性能过渡稳定性，无需其他辅助设备及特殊焊接环境即可完成焊接，简化了生产工艺，降低生产成本。采用本发明所述激光焊接方法后，焊缝满足1000MPa级汽车高强钢酸轧机组平稳生产不断带的要求。

Description

一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法。

背景技术

现代钢铁冷轧企业普遍采用酸轧联合生产线生产冷轧钢卷，为保证连续生产，需要对热轧基板进行高质量、高效率的焊接。1000MPa级冷轧高强钢由于其碳当量较高等特点，焊接后易产生焊缝质量不良、焊缝与母材性能差较大等问题，导致在发生塑性变形时(如拉矫及冷轧工序)产生焊缝断带现象，不利于酸轧联合机组的高效稳定生产。

激光焊接由于其焊接速度快、深宽比大、功率密度高及设备简单等特点，逐渐替代传统的闪光焊成为酸轧联合机组的首选焊接方式。目前，关于激光焊接工艺的研究主要集中在产品应用方面，针对高强钢热轧基板的焊接研究较少，同时焊缝断带也是制约酸轧联合机组生产效率提升的关键因素，因此选择合适的激光焊接工艺对1000MPa级冷轧高强钢的高效稳定生产具有重大意义。

公开号为CN 112404129A的中国专利申请公开了“一种热轧汽车用钢板的焊接方法”，包括以下步骤：将第一钢板和第二钢板拼接并固定，再采用激光焊接设备对拼接部位进行焊接；所述第一钢板的抗拉强度为σ1，所述第二钢板的抗拉强度为σ2，所述σ1/σ2大于2。具体的工艺参数为：激光功率为1000～6000W，焊接速度为5～10m/min，离焦量为-10～+10mm，光斑直径为0.20～1.0mm；所述焊接在惰性气体中进行。该技术方案利用低强钢板与高强钢板激光焊接，降低了焊缝合金化程度，抑制了焊缝中高硬度马氏体的形成，解决了酸轧断带问题，但整个过程需在惰性气体中进行，同时工业化生产中需控制前后卷的性能比例，提高了生产成本及工艺复杂性。

公告号为CN101362255B的中国发明专利公开了一种“低合金高强钢激光复合焊缝硬度控制方法”，其将熔化极电弧沿焊接方向置于激光焦点之前，控制熔化极电弧与激光焦点的距离，使激光的光致等离子体与熔化极电弧等离子体保持交互作用，共同形成一个熔池，熔池在熔化极电弧笼罩区域浅，而在光致等离子体区域深；非熔化极电弧沿焊接方向置于激光焦点之后，控制非熔化极电弧与激光焦点的距离，使光致等离子体与非熔化极电弧等离子无显著交互作用，同时非熔化极电弧在光致等离子体的协助下维持稳定燃烧。该发明提高了工件对激光功率的吸收能力，改善了激光焊接的搭桥能力，而且降低了焊缝的冷却速度和接头显微硬度，改善了焊缝机械性能。但在应用过程中仍需添加熔化极电弧和非熔化极电弧装置，在提高生产成本的同时其工艺稳定性难以保证。

发明内容

本发明提供了一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法，通过控制激光焊接与前后感应加热工艺参数提升焊缝性能过渡稳定性，无需其他辅助设备及特殊焊接环境即可完成焊接，简化了生产工艺，降低生产成本。采用本发明所述激光焊接方法后，焊缝满足1000MPa级汽车高强钢酸轧机组平稳生产不断带的要求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法，带钢的化学成分按照质量百分比计为：C 0.24％～0.28％、Si 1.40％～1.60％、Mn 2.40％～2.50％、P≤0.020％、S≤0.0050％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；采用酸轧联合机组生产，前卷带钢的尾部与后卷带钢的头部采用激光对焊时，激光焊接工艺参数如下：

焊接前加热温度为350～550℃，加热时间为3～4s；激光功率为11～12kW；焊接速率为2.6～3.4m/min；焊接后热温度为460～580℃，加热时间为3～4s，之后随环境冷却。

所述热轧基板的宽度为900～1200mm，厚度为2.8～4mm。

激光焊接工艺过程为：将前卷带钢的尾部、后卷带钢的头部分别经由焊机夹送辊压制出一个弧形段，然后进行定位及对中；采用双切剪将对中后的前卷带钢、后卷带钢进行头尾剪切，同时在前卷带钢的尾部一侧冲孔，通过夹紧导板夹紧带钢，焊机焊轮及碾压轮落下的同时开启保护气吹扫；激光焊机从操作侧向传动侧移动时，焊接前热装置及焊接后热装置同步移动，配合实现带钢的对接焊接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用激光焊接配合焊接前后热处理，避免了闪光焊的缺点，降低了生产成本及工序复杂性，同时大幅度提升了生产速度及焊缝质量，其焊缝可以顺利通过拉矫及冷轧工序，从而实现1000MPa级冷轧高强钢高效稳定生产的目的。

(2)采用本发明所述激光焊接方法得到的焊缝，杯凸实验未出现沿焊缝开裂的现象，经拉伸实验后断裂位置均在母材区域，焊缝与母材的力学性能过渡效果良好，焊缝区域硬度低于380HV，且与母材区域硬度差约为120～150HV，经拉矫及轧制工序后未出现因焊缝质量导致的断带情况，满足企业生产需求。

附图说明

图1是本发明实施例1中的焊缝组织金相照片。

图2是本发明实施例的焊缝硬度分布图。

具体实施方式

本发明所述一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法，带钢的化学成分按照质量百分比计为：C 0.24％～0.28％、Si 1.40％～1.60％、Mn 2.40％～2.50％、P≤0.020％、S≤0.0050％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；采用酸轧联合机组生产，前卷带钢的尾部与后卷带钢的头部采用激光对焊时，激光焊接工艺参数如下：

焊接前加热温度为350～550℃，加热时间为3～4s；激光功率为11～12kW；焊接速率为2.6～3.4m/min；焊接后热温度为460～580℃，加热时间为3～4s，之后随环境冷却。

所述热轧基板的宽度为900～1200mm，厚度为2.8～4mm。

激光焊接工艺过程为：将前卷带钢的尾部、后卷带钢的头部分别经由焊机夹送辊压制出一个弧形段，然后进行定位及对中；采用双切剪将对中后的前卷带钢、后卷带钢进行头尾剪切，同时在前卷带钢的尾部一侧冲孔，通过夹紧导板夹紧带钢，焊机焊轮及碾压轮落下的同时开启保护气吹扫；激光焊机从操作侧向传动侧移动时，焊接前热装置及焊接后热装置同步移动，配合实现带钢的对接焊接。

酸轧联合机组中，热轧基板焊接工艺设计的基本原则是避免拉矫及冷轧工序断带，实现方式是通过提升焊缝与母材的力学性能过渡效果，降低二者之间的硬度差以提升整体塑性变形能力，保证焊缝质量从而顺利通过拉矫破鳞机的小变形量拉矫和冷轧机组的大变形量轧制。

本发明所述一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法，其焊接工艺设计理由如下：

激光功率：激光功率决定焊接过程中的热输入效率，激光功率过低会导致焊缝的焊透性较差，焊缝正面与背面差异性较大，在随后的塑性变形过程中易产生应力集中导致材料失效；激光功率过高则造成焊缝热影响区的扩大及能源浪费，同时激光功率的上限也取决于激光焊机本身的设计能力。为保证1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的焊透性，本发明限定激光功率为11～12kW。

焊接速度：焊接速度与激光功率共同影响热输入量并直接影响焊缝质量，焊接速度过低会使焊缝热影响区变大，同时不利于生产节奏的控制；焊接速度过高则会在影响焊缝焊透性的同时变相提升焊缝的冷却速率，不利于产生提高塑性变形能力的组织。为保证1000MPa级冷轧高强钢热轧基板焊缝的焊透性及塑性变形能力，本发明限定焊接速度为2.6～3.4m/min。

焊接前热温度：预热是焊接中最常用的防止氢致裂纹的方法之一。提高焊接前热温度与加热时间可以显著增加t8/3和t100，从而有利于氢的逸出，同时可降低接头的应力集中；由于焊接时为局部加热，过高的焊接前热温度将导致热影响区额外的应力集中。为降低1000MPa级冷轧高强钢热轧基板焊缝的应力集中，本发明将焊接前热温度控制为350～550℃，加热时间控制为3～4s。

焊接后热温度：焊接后热温度及加热时间是控制焊缝冷却速度的关键因素，合理的焊缝冷却速度可以控制焊缝附近的组织，最终提升焊缝与母材的力学性能过渡效果及整体塑性变形能力，同时松弛焊缝附近的应力集中。结合1000MPa级冷轧高强钢的相变特点与焊缝实际冷却速率，本发明将焊接后热温度控制为460～580℃，加热时间控制为3～4s。

将前卷带钢的尾部、后卷带钢的头部经由焊机夹送辊压制出一个弧形段，即使对应部位形成一个小的弯曲段，目的是为带钢剪切或重焊提供余量。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例】

本实施例中，带钢的化学成分如表1所示。

表1带钢的化学成分

经碳当量和冷裂敏感系数理论计算，表明该钢种存在较大的焊缝区硬化和产生冷裂纹的风险(如实施例1经计算，碳当量及裂纹敏感系数分别为0.61％和0.41)。

带钢规格：2.80mm(厚度)×1056mm(宽度)。

带钢采用酸轧联合机组生产，激光对焊时，前卷带钢的尾部、后卷带钢的头部经双切剪进行剪切，以保证焊接接头的端面质量，焊接时夹紧导板落下夹紧带钢保证焊接段的平整度。

激光焊接工艺参数如表2所示。

表2激光焊接工艺参数

经上述焊接工艺后生产的带钢，经过拉矫破鳞机、多次张力辊的弯折及大变形的冷轧工序后焊缝质量良好，无焊缝断带现象。焊缝与母材的力学性能过渡效果良好，焊缝区域硬度低于380HV，且与母材区域硬度差约为120～140HV。

图1所示为实施例1的焊缝组织金相图，焊缝饱满度较好，无明显焊接缺陷。图2所示为各实施例焊缝区域硬度分布，焊缝区域峰值硬度低于380HV，与母材区域硬度差较小约140HV。

由上述实施例可见，采用本发明的焊接工艺，生产出的1000MPa级冷轧高强钢热轧基板焊缝质量良好，焊缝与母材的力学性能过渡效果良好，在冷轧生产中无断带现象，满足企业生产需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种1000MPa级冷轧高强钢热轧基板的激光焊接方法，其特征在于，带钢的化学成分按照质量百分比计为：C 0.24％～0.28％、Si 1.40％～1.60％、Mn 2.40％～2.50％、P≤0.020％、S≤0.0050％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；所述热轧基板的宽度为900～1200mm，厚度为2.8～4mm；采用酸轧联合机组生产，前卷带钢的尾部与后卷带钢的头部采用激光对焊时，激光焊接工艺参数如下：焊接前加热温度为350～550℃，加热时间为3～4s；激光功率为11～12kW；焊接速率为2.6～3.4m/min；焊接后热温度为460～580℃，加热时间为3～4s，之后随环境冷却；

激光焊接工艺过程为：将前卷带钢的尾部、后卷带钢的头部分别经由焊机夹送辊压制出一个弧形段，然后进行定位及对中；采用双切剪将对中后的前卷带钢、后卷带钢进行头尾剪切，同时在前卷带钢的尾部一侧冲孔，通过夹紧导板夹紧带钢，焊机焊轮及碾压轮落下的同时开启保护气吹扫；激光焊机从操作侧向传动侧移动时，焊接前热装置及焊接后热装置同步移动，配合实现带钢的对接焊接。