[发明专利]一种高硅钢激光焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脆性高硅钢板材的激光焊接技术

技术背景

高硅钢一般指含硅量超过3.5％(重量比，下同)的硅钢。与普通硅钢(含硅量≤3.5％)相比，高硅钢，特别是含硅6.5％的高硅钢具有较高的电阻率和磁导率、较低的矫顽力、接近于零的磁致伸缩系数等特点，因而具有较低的铁损，对降低能耗、减小噪音具有重要意义。

高硅钢一般制备成薄板，加工成变压器、电动机等的铁芯。板材在制备过程中，一般需带张力轧制，形成连续板带材生产。这就需要在制备加工过程中将板材焊接起来进行连续轧制。激光焊接技术已广泛应用在工业生产中，激光焊接质量高，焊接速度快、效率高，无接触，热影响区小，深宽比大，焊接美观，可自动化操作，因此适于钢铁板材的焊接。

首先由于硅含量的提高，碳当量升高，高硅钢的可焊接性差，室温塑性非常低，特别是含硅6.5％的高硅钢，室温塑性几乎为零，热导率低，利用传统的激光焊接方法，焊缝容易产生裂纹；其次室温焊接时，激光焊接产生很高的峰值温度和温度梯度，同时使母材汽化，容易生成能够吸收和散射激光的等离子体云，所以单热源激光焊接能量转换效率和利用率低，焊接过程不稳定，焊接接口容易错位，产生气孔、焊缝凹陷，并且激光焊接的冷却速度较快，温度梯度大，焊接热应力较大。这两方面都加重脆性高硅钢的大量裂纹和焊漏等缺陷的产生。最终导致焊缝的机械性能显著下降，不能满足硅钢的带张力轧制要求。

把激光与其他辅助热源(如高频感应或电阻预热)共同作用于工件，控制焊缝处的升温和冷却速度，可以改变功率密度在时间和空间上的分布，改善影响区域的母材温度分布，减少或消除等离子云，提高工件对激光的吸收率，增大焊接熔深，改善焊缝及热影响区的组织和应力状态，提高焊缝的力学性能。

发明内容

针对上述激光焊接的不足，探索一种适合于脆性高硅钢板材的复合激光焊接方法。

一种高硅钢激光焊接方法，其特征在于利用激光焊接与辅助加热技术相结合，采用双面及单面焊接，焊接前加热预热，焊接时保温，焊接后保温然后缓冷，利用红外测温装置，实时测控温度，控制焊缝处的升温和冷却速度，平缓焊缝区域冷却过程中的温度梯度，减少焊接应力，减少或消除等离子云，提高工件对激光的吸收率，提高焊接成材率和焊缝的力学性能，避免产生焊接缺陷及裂纹；满足高硅钢薄带轧制制备过程中带张力轧制的快速焊接。所用硅钢Fe含量为93～96.5％，Si含量为3.5～7％，均为质量比，厚度0.1～3.5㎜。该方法不仅适用于高硅钢与高硅钢，同时也适用于高硅钢与低硅钢、高硅钢与低碳钢、高硅钢与不锈钢等异种材料(即引带)焊接。

本发明提供了一种先进的高硅钢板材激光焊接方法，该方法主要是激光焊接与辅助热源相结合的技术，采用双面或单面焊接，能够在激光焊接之前对焊接工件进行预热，焊接时保温，在激光焊接之后缓冷。

单面焊接指的是，工件预热后，选择合适的功率，直接一次焊接成形；双面焊接指的是，工件预热后，首先用单面焊接功率的40％～70％，进行焊接，再用单面焊接功率的40％～70％，焊接工件的另一面，其他焊接工艺参数与单面焊接基本一致。

上述高硅钢激光焊接方法，具体的工艺流程：

1).原料准备，Si含量为3.5～7％，均为质量比，其余为铁和杂质元素；冶炼，浇铸；锻造或开坯成板坯；热轧到1～3.5㎜；温轧到0.3～1㎜；冷轧到0.1～0.3㎜。

2).对温轧板和热轧板做平整，焊接端部进行切、磨，酸洗；冷轧板端口切、磨。

3).用夹具将高硅钢端口压平，对齐，夹紧。

4).焊接前预热夹具及高硅钢(75～350℃)，厚度较厚板材可以适当提高预热温度。

5).进行激光焊接，加热持续保温。

6).焊后保温1～5min，缓慢降低感应功率，温度逐渐降至室温。

双面焊接特征是：相同厚度的板材，相比单面焊接，双面焊接焊缝区域温度梯度更平缓，焊接组织更均匀，焊接应力更小，焊缝热影响区更小，尤其是较薄的高硅钢板(0.1～0.5mm)和较厚的高硅钢板(1.3～3.5㎜)，优点更加突出。因此双面焊接适用的高硅钢厚度范围为0.1～3.5㎜，只有当高硅钢板厚度为0.5～1.3㎜时，才可以采用单面焊接，一次成形。