[发明专利]一种球墨铸铁与低碳钢的激光焊接方法

说明书

本发明提供了一种球墨铸铁与低碳钢的激光焊接方法，属于激光加工技术领域。本发明首先用激光对球墨铸铁待焊接表面进行激光表面热处理进行去石墨化，球墨铸铁待焊接表面的石墨在激光作用下大部分烧蚀成气体溢出，另一部分溶解在组织中，在激光热处理过程中，熔池温度梯度很大，形成极大的过冷度，达到了马氏体生成的条件，并伴随着碳化物的生成，从而使球墨铸铁待焊接表面的石墨减少，获得表面局部去石墨化球墨铸铁。将去石墨化表面与低碳钢待焊接表面对接，然后实施激光焊接，可以有效避免激光焊接过程中焊接接头气孔、裂纹缺陷的产生，显著提升焊接接头强度。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种球墨铸铁与低碳钢的激光焊接方法。

背景技术

球墨铸铁比钢轻约10％，无残留应力，加工时产生的缺陷少，而且球墨铸铁减振性、耐磨性、对缺口敏感性等优于钢，且在价格方面具有巨大优势，用来作为结合齿圈部分。钢作为齿轮部分可以更有利于进行渗碳、淬火处理提高齿轮的强度、硬度、耐磨性，从而提高齿轮的寿命。球墨铸铁作为结合齿圈部分，钢作为齿轮部分，这样的方式能有效降低成本，且符合未来轻量化的发展方向。由于球墨铸铁中大量石墨的存在，在球墨铸铁和钢焊接过程中大量碳溶解进入熔池中，在焊后的快速冷却过程中以莱氏体的形式析出，导致焊接裂纹和气孔的产生和力学性能的降低。

目前常用的铸铁和钢的焊接方法有很多，主要有摩擦焊、钎焊、扩散焊、电子束焊、激光-电弧复合焊、激光焊等，其中电子束焊、激光-电弧复合焊和激光焊等熔化焊的方法，由于球墨铸铁的碳当量较高，在焊接过程中大量的碳溶解到熔池中，熔合区受到母材碳扩散的影响形成碳的富集、极易形成脆硬的莱氏体层，导致断裂发生。摩擦焊、钎焊和扩散焊等非熔化焊方法中，摩擦焊和扩散焊存在着生产效率低，对焊接件有特殊要求、焊接质量不易控制、且扩散焊需要在真空条件下进行焊接。而钎焊焊接接头的强度一般较低，特别是没有通过特殊工艺处理的接头强度更低。

徐国建(徐国建,刘祥宇,杭争翔,等.球墨铸铁和铁素体不锈钢的激光-MIG复合焊接性能[J].沈阳工业大学学报,2012(5):496-503.)等进行了球墨铸铁与铁素体不锈钢激光-电弧复合焊接，通过填充3种不同镍质量分数的焊丝对焊接接头进行分析，虽然焊接接头无裂纹出现且焊缝成型良好，但是焊接接头存在着大量莱氏体，使得抗拉强度不高。JiyoungYu(Yu J,Jung T,Kim S,et al.Laser welding of cast iron and carburizedsteel for differential gear[J].Journal of Mechanical ScienceTechnology,2011,25(11):2887-2893.)等进行了差速器齿轮用铸铁和渗碳钢的激光焊接，采用填充镍基钎料的方法有效抑制了焊接裂纹的产生，但是由于球墨铸铁中含有大量的石墨，在焊接过程中熔合区极易受到碳扩散的影响形成莱氏体层，容易产生裂纹和气孔等缺陷，引起后续焊接接头的开裂从而影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球墨铸铁与低碳钢的激光焊接方法，解决了球墨铸铁与低碳钢在焊接过程中存在裂纹和气孔等问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种球墨铸铁与低碳钢的激光焊接方法，包括以下步骤：

将球墨铸铁的待焊接表面进行激光表面热处理，所述待焊接表面的石墨大部分被烧蚀成气体溢出，另一部分溶解在组织中，形成去石墨化层，得到表面局部去石墨化球墨铸铁；

将所述表面局部去石墨化球墨铸铁进行退火，得到退火表面局部去石墨化球墨铸铁；

将所述退火表面局部去石墨化球墨铸铁与低碳钢进行激光焊接。

优选的，所述激光表面热处理的激光功率为500～700W，扫描速度为150～300mm/min，正离焦量为5～25mm。

优选的，进行所述激光表面热处理前，还包括在球墨铸铁待焊接表面涂覆吸光涂料。