[发明专利]激光焊接在超高强度钢焊接中的应用及焊接方法

说明书

技术领域：

本发明涉及激光焊接在超高强度钢焊接中的应用及焊接方法，特别是在30CrMnSiNi2A或300M超高强度钢焊接中的应用及焊接方法，属于冶金技术领域。

背景技术：

激光束焊接(LBW)是一种高能密度熔焊焊接方法。它是用激光束将被焊金属加热至熔化温度以上熔合而成的焊接接头。30CrMnSiNi2A超高强度钢是一种综合性能优良的航空结构材料，其高比强度和高硬度使其具备承受静载荷和很大的弯曲、冲击载荷的能力，该钢为目前性能较好的飞机起落架生产用钢。飞机起落架系统作为飞机起降的主要部件(不包括机轮、轮胎和刹车装置)，其质量约占飞机自重的2％-3.5％，几乎所有的零件都采用焊接结构。目前，国内飞机起落架焊接技术多采用真空电子束打底焊接+惰性气体保护钨极电弧焊接(GTAW)或惰性气体保护金属极电弧焊接(GMAW)等，这些焊接设备简单，但对员工的技术依赖性较大，焊接过程周期较长、容易产生咬边、气孔、夹渣、夹钨和熔合不良等缺陷，降低了产品的合格率，给产品的挖补修复增加了作业量，降低了生产效率。因此在绿色连接技术和再利用修复技术中，加速焊接方法的应用研究，利用新的焊接技术来获得高效、可靠的焊接接头成为一个至关重要的研究课题，也是亟待解决的关键问题。

要将激光焊接技术应用于超高强度钢的焊接中，须满足三个方面的条件：一是要制造出快速轴流的CO₂激光器，二是激光输出模式要达到基模，即TEM₀₀末，三是激光焊接材料的厚度要小。而现有技术中激光器的制造水平、激光输出模式和焊接材料的厚度均达不到前述条件，从而限制了激光焊接的应用。

发明内容：

本发明的目的在于：提供激光焊接在超高强度钢焊接中的应用及焊接方法。本发明结合超高强度钢的焊接特点和应用特点，利用激光焊接超高强度钢，焊后焊缝接头宏观平整美观、无裂纹孔洞产生，从而大大提高了该钢焊接接头的抗裂性能。

本发明是这样构成的：激光焊接在超高强度钢焊接中的应用。

激光焊接在航空用超高强度钢焊接中的应用。

激光焊接在30CrMnSiNi2A或300M超高强度钢焊接中的应用。

激光焊接超高强度钢的焊接方法为：将超高强度钢焊接试样采用钼丝线切割，焊接前用金相砂纸对试样焊接接头处打磨，除锈去毛刺，并用丙酮清洗，然后采用CO₂激光器进行激光焊接。

所述的CO₂激光器为窄带连续CO₂激光器；优选为窄带TJ-HL-T5000型连续CO₂激光器。

激光焊接过程中，采用铜镜透射聚焦，焦距300～315mm。

激光焊接条件为：激光输出功率P＝2.6～3.2KW，扫描速度V＝60～240mm/min，光斑直径d＝0.5～1.0mm；优选的激光焊接条件为：激光输出功率P＝2.8KW，扫描速度V＝180mm/min，光斑直径d＝1.0mm。

上述工艺条件均是发明人通过正交实验优化、筛选出来的最佳工艺参数。在此工艺条件下可获得良好的焊接质量效果。

与电子束焊接相比，本发明激光焊接具有以下特点：

(1)可以在大气中焊接，不需要真空室，光束到达的距离长，而电子束在大气中显著衰减；

(2)不会产生X射线，安全防护简单，电子束需要射线屏蔽装置；

(3)在大气中具有优良的偏光性能，不像电子束那样，不会因磁场产生激光束的偏离；

(4)合理选择接头施工条件，不易产生气孔和熔合不良等缺陷；

(5)可以实现连续生产作业，缩短生产周期；

(6)产品的质量得到了保证，提高了产品的合格率；

(7)焊接设备成本小，容易操作。

为了验证本发明焊接效果，申请了进行了以下实验：

1、实验材料及试验方法

1.1实验材料的化学成分

激光焊接用30CrMnSiNi2A钢，入库状态为正火+高温回火，其微观组织为回火索氏体。化学成分见表1。

表1  30CrMnSiNi2A钢的化学成分