[发明专利]一种碾压头及利用该碾压头实现再纳米化焊接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种随焊冲击碾压头及随焊冲击碾压焊接方法，具体说涉及一种高温随焊冲击碾压辅助再纳米化焊接装置及方法，属于高强钢焊接领域。

背景技术

纳米贝氏体钢是目前存在的拥有最高强度级别的新一代钢种，其极限拉伸强度可达2.5GPa，屈服强度达1.7GPa，硬度为600～700HV，断裂韧性为30～40MPam^1/2，延伸率达30％左右。这种钢的含碳量在0.78％左右，并且含有一定含量的硅元素以抑制碳化物的析出，是在稍高于马氏体转变温度等温转变数天而获得，微观组织为无碳化物析出的纳米片状贝氏体和残留的固溶大量碳元素的纳米片状奥氏体。由于碳当量很高，这种钢的焊接性极差，焊接接头的性能与母材相比严重恶化，其常规焊焊缝和热影响区组织极易转变为硬脆的马氏体组织，从而引发冷裂纹的产生。

再纳米化焊接工艺能够实现纳米贝氏体钢的优质焊接，再纳米化焊接工艺的基本原理为：借鉴通过在贝氏体相变温度区间保温可以使成分均匀的奥氏体转变为纳米贝氏体的方法，在焊接冷却过程中控制焊接冷却历程，使经过焊接高温熔化和奥氏体化的组织，在快速冷却到贝氏体相变温度区间时对其进行保温处理，最终转变成为与母材组织一致的纳米贝氏体组织。由于纳米贝氏体组织是目前存在的最高强度级别的组织，这种方法能够使焊接接头的组织经焊接热过程之后依然保持纳米贝氏体组织，从而获得高性能的焊接接头；虽然再纳米化焊接方法能够有效的解决纳米贝氏体钢的焊接问题，但是这种方法的问题是处理时间长，能量损耗大，工业化应用困难。目前的研究结果表明奥氏体晶粒越细小，纳米贝氏体相变时间越短，相变时间与奥氏体晶粒大小成正比，而且随焊冲击碾压方法能够在焊接过程中细化奥氏体晶粒。然而在焊缝整形过程中使用的碾压头的结构为前后两个碾压轮，前轮使焊趾处圆滑过渡，后轮调整余高高度，这种经前后两个碾压轮压过后的冲击碾压作用优化了接头形状，却不能有效的细化奥氏体晶粒。

发明内容

本发明的目的是为解决现有再纳米化焊接工艺处理时间长、能量损耗大，而使用现有的碾压头不能细化奥氏体晶粒，加速再纳米化过程的问题，提供一种碾压头及利用该碾压头实现再纳米化焊接的方法。

本发明的技术方案一是：碾压头包括连接头、支撑件、前冲击圆杆、后碾压轮、轮轴和两个立板，所述后碾压轮由中间套筒和两个压轮组成，两个压轮对称设置在中间套筒的两端，每个压轮内侧端面与压轮圆周面之间设有圆弧过渡面，所述后碾压轮安装在轮轴上，所述轮轴的两端分别与两个立板连接，两个立板的上端均与支撑件的下端固定连接，前冲击圆杆设置在后碾压轮的前面，且前冲击圆杆的上端与支撑件的下端固定连接，前冲击圆杆的下端面与压轮的下方母线在同一水平线上，所述连接头安装在支撑件的上端面上，前冲击圆杆的下端面与前冲击圆杆的圆周面之间具有冲击圆杆弧形过渡面，所述两个压轮之间的距离与前冲击圆杆的下端面的直径相等。

本发明的技术方案二是：再纳米化焊接的方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、将工件装夹在焊接平台上，碾压头安装在随焊冲击碾压装置的下面，随焊冲击碾压装置位于焊枪的后面，再纳米化焊接装置设置在焊缝两侧，焊枪和随焊冲击碾压装置固定不动且位于焊缝中心线上，再纳米化焊接装置随着工件移动，工件随着焊接平台移动；

步骤二、根据被焊纳米贝氏体钢的焊接CCT图，确定对应的奥氏体转变温度Ac₁；

步骤三、根据焊接工艺参数测定对应的焊接温度场，确定其准稳定温度场下焊缝中心线上电弧中心峰值温度点0与熔池后方奥氏体转变温度Ac₁点之间的距离为L，后碾压轮距焊枪的距离为L，前冲击圆杆的下端面与工件表面的距离为5mm；

步骤四、确定冲击碾压参数：冲击碾压温度为Ac₁～Ac₁+200，冲击碾压力为0.01MPa～0.5MPa，采用金属平均晶粒度测定方法确定经过动态再结晶之后的奥氏体平均晶粒大小d_DRX；

步骤五、焊接开始后，当工件移动到碾压头的下方时，随焊冲击碾压装置向下移动至前冲击圆杆与工件接触，同时施加高速冲击碾压力使焊缝和热影响区金属发生塑性变形，直到工件离开冲击碾压装置；