[发明专利]一种奥氏体不锈钢搭接激光焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道车辆、机械、材料等技术领域的一种奥氏体不锈钢搭接激光焊接技术，属于材料连接技术领域。

背景技术

随着能源紧缺和环境污染问题的日益加剧，作为制造业支柱产业的轨道车辆工业正面临着越来越严峻的挑战。轻量化、节能、环保和安全已成为当今轨道车辆工业发展的必然趋势。在各种材料及类型的轨道客车车辆中，不锈钢轨道客车以其车体轻、能耗低、耐腐蚀、安全性好、使用寿命长及综合成本低等优势成为轨道客车车辆的首选。特别是不锈钢高速动车组产品具有更广阔的应用前景和更大的市场空间。不锈钢轨道客车车体主要由侧墙、底架、车顶、外端四大部分构成，侧墙采用外墙板（板厚2mm）和补强骨架梁（板厚1mm）组合整体承载的焊接结构。目前，不锈钢轨道客车车体焊装主要采用传统的电阻点焊技术，车体焊点约7000-8000个。随着国民经济的发展和科技的进步，人们对轨道客车品质提出了更高的要求，电阻点焊车体已不能满足高品质不锈钢轨道客车生产的要求。存在的主要问题是：1.电阻点焊车体的侧墙外墙板表面存在明显的压痕和局部变形，严重影响非涂装不锈钢车体的外观质量；2.电阻点焊为非连续焊缝，点焊车体的密封性差，不适用于高速动车组产品；3.车体结构受点焊工艺限制，生产成本高、效率低。激光焊技术具有能量密度高、焊接速度快、热影响区窄、接头变形小、焊接位置转换灵活及易实现自动化等优点，有利于解决电阻点焊带来的上述问题，并已在汽车工业中得到广泛应用。因此，德国、日本、加拿大等工业发达国家已经研发或正在研发不锈钢轨道客车激光焊技术，我国该项技术的研发和应用尚处于起步阶段。因此，研发不锈钢轨道客车车体激光焊技术具有重要的实用价值和广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢搭接激光焊接方法，该方法针对不锈钢轨道客车车体电阻点焊存在的问题及车体侧墙的结构，基于激光焊的特点和激光焊接参数对奥氏体不锈钢搭接非熔透焊接头熔深、熔宽、微观组织、力学性能及焊缝背面（搭接接头下板外表面）氧化变色程度的影响规律，采用正交设计试验方法优化激光焊接参数，通过适当增大搭接接头上板与下板界面处的熔化宽度（C＞0.6B1）、限制下板的熔化深度（H＜0.5mm）等技术途径，改善不锈钢搭接激光焊接头的力学性能，避免焊缝背面氧化变色，提高激光焊接头的焊接质量。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种奥氏体不锈钢搭接激光焊接技术，按以下工艺步骤进行：

a）焊前准备：先将纯铜垫板放于胎夹具内，然后将两不锈钢板搭接放在垫板上夹紧，通过纯铜垫板加强散热，降低焊缝背面（搭接接头下板外表面）温度，防止焊缝背面氧化变色；

b）连接方法：不锈钢搭接接头采用激光非熔透焊接工艺（搭接接头的上板熔透、下板不熔透），保证下板的表面质量（搭接接头的下板相当于轨道客车车体的外墙板）；

c）焊接参数：激光焊采用优化的焊接参数：激光功率1.9-2.2kW、离焦量（-0.5）-（+1），焊接速度21-24mm/s，通过适当增大搭接接头上板与下板界面处的熔化宽度（C＞0.6B₁）、限制下板的熔化深度（H＜0.5mm），提高不锈钢板搭接激光焊接头的力学性能和焊接质量；

d）激光焊接过程中采用氩气保护，防止H、O、N等对接头性能的有害影响；

所述的适当增大搭接接头上板与下板界面处的熔化宽度（C＞0.6B₁），具体为：若上板和下板为不等厚的板，B₁代表较薄板的厚度。

研究结果表明，激光焊接参数（激光功率、离焦量、焊接速度等）对不锈钢搭接接头熔深、熔宽、微观组织、力学性能及焊缝背面（搭接接头下板外表面）氧化变色程度具有明显的影响。随着激光功率增大，熔深、熔宽及接头拉剪强度增加，但过大的激光功率导致焊缝背面氧化变色明显；改变离焦量（1mm、0.5mm、0、-0.5mm、-1mm），焊缝熔深增加，焊缝背面的颜色有加深的趋势；随着焊接速度增加，熔深、熔宽及接头拉剪强度降低，焊缝背面氧化变色程度减弱；在不锈钢搭接激光焊时采用纯铜垫板有利于降低搭接接头下板外表面温度，防止焊缝背面氧化变色；采用正交设计试验方法优化激光焊接参数，通过适当增大搭接接头上板与下板界面处的熔化宽度（C＞0.6B1）、限制下板的熔化深度（H＜0.5mm）等技术途径，可改善接头的力学性能，且焊缝背面无氧化变色。