[发明专利]一种用于提高超高强度钢激光焊焊缝熔深的吸热涂料及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接与连接技术领域，具体涉及用于提高超高强度钢激光焊焊缝熔深的吸热涂料及其使用方法。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，具有热输入量低、焊接速度快、接头热变形和热影响区小、熔池形状深宽比大、焊缝组织细和接头韧性好等优点，在机械、汽车、造船、航空航天、钢铁、海洋工程和零件表面修复等工业领域获得了日益广泛的应用。激光焊接中激光束经过特殊的光学透镜聚焦到工件的表面，由于金属材料对激光束具有极高的表面初始反射率和辐射能的吸收率低等特点，在与焊件作用的开始时，大部分的激光束能量都被金属材料表面反射掉，能量转换效率较低，焊件只能吸收很少一部分能量。激光束功率密度和金属材料对激光的吸收率是影响焊缝熔深的主要因素。激光焊接金属材料要获得更大的焊缝熔深和保证接头能够全焊透必须采用大功率的激光电源或提高对激光能的吸收率。采用大功率的激光电源是保证激光焊接熔深和金属材料全焊透的首选措施。

超高强度钢是指通过相变进行强化的钢种，是在低碳钢中添加少量的铌和/或钛等多种合金元素，经过固溶体强化、析出强化、晶粒细化强化和应变组织强化，使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体基体上析出从而提高钢的强度。激光焊接超高强度钢采用大功率的激光电源，一方面提高了激光焊接设备成本；另一方面超高强度钢激光焊接过程中提高激光束功率来增大焊缝的熔深会导致钢中的合金元素烧损严重，破坏合金元素的强化作用，降低焊接接头的力学性能。为了能实现在较低激光功率下获得更大的焊缝熔深，稳定的焊接过程和优异的焊缝成形质量，近年来，研究人员研发多种激光与其它热源进行复合的焊接工艺，如激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合焊接、双激光束焊接以及多光束激光焊接等。激光复合焊接技术工艺参数较复杂，焊接机头尺寸比较大，接头形式有一定的局限性，尤其是激光电弧复合焊接过程中产生的飞溅、熔渣和金属蒸气等对激光头防护玻璃片的污染与聚焦镜的损伤会导致激光能量逐渐降低，严重时降低程度达到90％，如何防止焊接过程中的飞溅、熔渣和金属蒸气等污染激光头的防护玻璃与损伤聚焦镜是一个重要技术难题；与此同时，如何进一步防止焊缝金属的氧化和减少合金元素的烧损，提高焊接接头的力学性能，保证焊接接头与母材等强度也是激光焊接过程中亟待解决的技术难题。目前，有关提高金属材料对激光能吸收率来增加焊缝熔深的相关应用技术尚未见详细报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于提高超高强度钢激光焊焊缝熔深的吸热涂料及其使用方法，同等激光束功率密度的情况下增大超高强度钢激光焊焊缝的熔深，保证了接头能够全焊透，同时熔化的氧化物吸热涂料形成熔渣对熔化的焊缝金属起到保护作用，减少超高强度钢中的合金元素氧化和烧损，改善焊缝的成型质量。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于提高超高强度钢激光焊焊缝熔深的吸热涂料，其组分及重量百分比如下：

作为本发明优选的技术方案：一种用于提高超高强度钢激光焊焊缝熔深的吸热涂料的组分及重量百分比如下：

作为本发明优选的技术方案：所述的B₂O₃、Si0₂、MnO和CaO的粒度为20－50μm，纯度为99.9％。

一种用于提高超高强度钢激光焊焊缝熔深的吸热涂料的使用方法，步骤如下：

A.将Si0₂、MnO、CaO和B₂O₃按以上重量百分比混合均匀得到氧化物吸热涂料的粉末颗粒；

B.将步骤A中制得氧化物吸热涂料的粉末颗粒加入粘结剂混合均匀，粒化和400℃以下烘干后再次粉碎，筛选其中的粒径20－50μm氧化物吸热涂料颗粒；

C.将步骤B中的粒径20－50μm氧化物吸热涂料颗粒喷涂于待焊的超高强度钢结构件的焊接接头表面，之后采用激光焊焊接。

作为本发明优选的技术方案：所述的步骤B中筛选其中的粒径35μm氧化物吸热涂料颗粒。

作为本发明优选的技术方案：步骤C中所述的喷涂的工艺可以采用等离子喷涂、刷涂或气体喷涂。

作为本发明优选的技术方案：步骤C中所述的喷涂量为7-9mg/cm²。

作为本发明优选的技术方案：步骤C中所述的喷涂量为8mg/cm²。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：