[发明专利]一种双金属穿透激光焊复层组织F/A比例同步调控方法

说明书

一种双金属穿透激光焊复层组织F/A比例同步调控方法，采用激光焊接工艺对待焊层状双金属工件进行穿透焊接；在待焊层状双金属工件激光焊接过程中，在激光束后方施加辅助热源，通过辅助热源的热作用实现激光焊缝组织的同步优化。本发明在对层状双金属材料激光焊接过程中，在激光束后方施加辅助热源，通过热源的再加热作用，改变焊接过程中的热循环，使焊缝复层DSS组织在奥氏体转化温度区间停留更多时间，从而提高奥氏体含量，对焊缝双相钢侧进行同步组织优化，使因奥氏体含量下降而失衡的组织重新接近于1：1的平衡比例。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种双金属穿透激光焊复层组织F/A比例同步调控方法。

背景技术

层状双金属复合材料以成本低廉的碳钢作为基层，以耐蚀性能良好的不锈钢等耐腐蚀材料作为复层，兼得满足要求的力学性能与耐腐蚀性能，与不锈钢、镍合金等纯耐蚀合金钢相比，大大降低了在工业生产、运输过程中抗腐蚀的成本，在许多领域得到广泛应用。

双相不锈钢具有铁素体(F)+奥氏体(A)的双相组织结构，F/A比例接近1∶1，性能上结合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点，具有优于铁素体不锈钢的韧性和优于奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳性能。以双相不锈钢DSS2205为例，其在中性氯化物和H₂S溶液中具有优于304L和306L奥氏体不锈钢以及18-5Mo型不锈钢的耐腐蚀性能；屈服强度约为标准奥氏体不锈钢的2倍，线性膨胀系数低于奥氏体不锈钢，与碳钢相近，被应用于油气输送管道中所使用的纯金属管道或双金属复合管道。

以双相不锈钢作为复层的层状双金属复合材料，以X65/DSS2205双金属复合板为例，其基层X65管线钢与复层双相不锈钢DSS2205在化学成分、热导率、熔点和力学性能等方面都有较大差异，在焊接中存在复层合金元素稀释、碳元素迁移、裂纹、HAZ两相比例失衡等问题，尤其是使用激光穿透焊方法对双金属材料进行焊接的过程中，由于过快的冷却速度，双金属穿透激光焊接接头复层双相不锈钢焊缝奥氏体(A)含量较母材急剧降低，F/A两相比例严重失衡。

双相不锈钢优良的耐腐蚀性能很大程度上取决于其具有的大量合金元素和平衡组织的成分组织特点，以DSS2205为例，根据ASTM标准和使用要求，其焊接接头焊缝区和热影响区的铁素体含量应该控制在35％-65％的范围内，如果接头焊缝区和热影响区中的铁素体含量和奥氏体含量比率为1:1左右则为最佳，两相比例失衡将导致其耐腐蚀性能，尤其是耐点蚀性能急剧降低，从而影响其服役性能。

因此，从提高双金属穿透激光焊接接头耐腐蚀性能的角度出发，开发一种双金属穿透激光焊复层组织F/A比例同步调控方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双金属穿透激光焊复层组织F/A比例同步调控方法，以解决双金属材料穿透激光焊焊缝复层双相不锈钢(DSS)铁素体(F)、奥氏体(A)比例失衡导致的接头耐腐蚀性能下降的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双金属穿透激光焊复层组织F/A比例同步调控方法，采用激光焊接工艺对待焊层状双金属工件进行穿透焊接；在待焊层状双金属工件激光焊接过程中，在激光束后方施加辅助热源，通过辅助热源的热作用实现激光焊缝组织的同步优化。

本发明进一步的改进在于，通过串联MIG焊或TIG焊实现辅助热源的施加。

本发明进一步的改进在于，通过调节辅助热源热输入以及辅助热源与激光束的间距使奥氏体的体积含量为35-65％。

本发明进一步的改进在于，对于DSS2205/X65层状双金属复合材料，辅助热源的热输入范围为1.34～1.51kJ/cm。

本发明进一步的改进在于，辅助热源与激光束的间距范围为20～40mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：