本发明专利技术公开了激光焊接在超高强度钢焊接中的应用及焊接方法，将超高强度钢焊接试样采用钼丝线切割，焊接前用金相砂纸对试样焊接接头处打磨，除锈去毛刺，并用丙酮清洗，然后采用ＣＯ↓［２］激光器进行激光焊接。与现有技术相比，本发明专利技术首次采用激光焊接超高强度钢，无需气体保护，穿透焊接，焊接厚度１ｍｍ，获得了良好的焊接效果，焊接后焊缝接头宏观平整美观，无裂纹孔洞产生，显微组织分析和拉伸断口分析显示该焊接接头无焊接缺陷，无夹杂，无气孔，熔合良好，因而大大提高了超高强度钢焊接接头的抗裂性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别是在 30CrMnSiNi2A或300M超高强度钢焊接中的应用及焊接方法，属于冶金
技术介绍
激光束焊接(LBW)是一种高能密度熔焊焊接方法。它是用激光束将被焊金属 加热至熔化温度以上熔合而成的焊接接头。30CrMnSiNi2A超高强度钢是一种综合性能优良的 航空结构材料，其高比强度和高硬度使其具备承受静载荷和很大的弯曲、冲击载荷的能力， 该钢为目前性能较好的飞机起落架生产用钢。飞机起落架系统作为飞机起降的主要部件(不 包括机轮、轮胎和刹车装置)，其质量约占飞机自重的2% — 3.5%，几乎所有的零件都采用 焊接结构。目前，国内飞机起落架焊接技术多采用真空电子束打底焊接+惰性气体保护钨极 电弧焊接(GTAW)或惰性气体保护金属极电弧焊接(GMAW)等，这些焊接设备简单，但对员工的 技术依赖性较大，焊接过程周期较长、容易产生咬边、气孔、夹渣、夹钨和熔合不良等缺陷 ，降低了产品的合格率，给产品的挖补修复增加了作业量，降低了生产效率。因此在绿色连 接技术和再利用修复技术中，加速焊接方法的应用研究，利用新的焊接技术来获得高效、可 靠的焊接接头成为一个至关重要的研究课题，也是亟待解决的关键问题。要将激光焊接技术应用于超高强度钢的焊接中，须满足三个方面的条件 一是要制造出 快速轴流的C02激光器，二是激光输出模式要达到基模，即TEMoo末，三是激光焊接材料的厚 度要小。而现有技术中激光器的制造水平、激光输出模式和焊接材料的厚度均达不到前述条 件，从而限制了激光焊接的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。本专利技术结合超高强度钢的焊接特点和应用特点，利用激光焊接超高强度钢，焊后焊缝接头宏观平整美观 、无裂纹孔洞产生，从而大大提高了该钢焊接接头的抗裂性能。本专利技术是这样构成的激光焊接在超高强度钢焊接中的应用。 激光焊接在航空用超高强度钢焊接中的应用。 激光焊接在30CrMnSiNi2A或300M超高强度钢焊接中的应用。激光焊接超高强度钢的焊接方法为将超高强度钢焊接试样采用钼丝线切割，焊接前用 金相砂纸对试样焊接接头处打磨，除锈去毛刺，并用丙酮清洗，然后采用C02激光器进行激 光焊接。所述的C02激光器为窄带连续C02激光器；优选为窄带TJ-HL-T5000型连续C02激光器。 激光焊接过程中，采用铜镜透射聚焦，焦距300 315mm。激光焊接条件为激光输出功率P二2. 6 3. 2KW，扫描速度V二60 240mm/min，光斑直 径d二O. 5 L0mm;优选的激光焊接条件为激光输出功率P二2. 8KW，扫描速度V二 180mm/min，光斑直径d二1.0mm。上述工艺条件均是专利技术人通过正交实验优化、筛选出来的最佳工艺参数。在此工艺条件 下可获得良好的焊接质量效果。与电子束焊接相比，本专利技术激光焊接具有以下特点(1) 可以在大气中焊接，不需要真空室，光束到达的距离长，而电子束在大气中显著衰减；(2) 不会产生X射线，安全防护简单，电子束需要射线屏蔽装置；(3) 在大气中具有优良的偏光性能，不像电子束那样，不会因磁场产生激光束的偏离(4) 合理选择接头施工条件，不易产生气孔和熔合不良等缺陷；(5) 可以实现连续生产作业，縮短生产周期；(6) 产品的质量得到了保证，提高了产品的合格率；(7) 焊接设备成本小，容易操作。 为了验证本专利技术焊接效果，申请了进行了以下实验 1、实验材料及试验方法1. 1实验材料的化学成分激光焊接用30CrMnSiNi2A钢，入库状态为正火+高温回火，其微观组织为回火索氏体。化学成分见表l。表l 30CrMnSiNi2A钢的化学成分<table>table see original document page 4</column></row><table>1.2试样制备采用线切割制备30CrMnSiNi2A钢焊接试样，试样尺寸为45mmX 15mmX lmm。激光焊接前用金相砂纸对试样待焊端口打磨除锈去毛刺，最后用丙酮清洗。对焊接后的试样用线切割机 切成尺寸为80mmX8mmXlmm的拉伸试样。 1. 3激光焊接工艺参数通过正交实验及对焊接接头的宏观质量观察对比，优化出最佳工艺参数激光功率P=2.8kW，扫描速度V二180mm/min，光斑直径c^lmm，焊接过程中采用氩气保护。 1.4组织表征利用GX51型0M金相显微镜进行显微组织观察；D/Max-2200型全自动X射线衍射仪进行焊 缝接头物相分析；KYKY-2800扫描电子显微镜进行拉伸断口形貌分析。1. 5性能表征利用HV-1000显微硬度仪进行焊接接头显微硬度测定，载荷砝码200g，加载时间20s;用 WDW3100型电子万能试验机测定激光焊接区的抗拉强度。2、 实验结果与分析2. 1焊缝区显微组织分析焊缝区由焊缝中心区、近中心区、边缘区、熔合区组成。焊缝中心区组织为均匀等轴晶 、近中心区为枝状晶、边缘区为粗大的柱状晶、熔合区为细长柱状晶和细小等轴晶组织。通 过对焊缝区进一步观察，焊缝区组织沿着热扩散方向生长，具有定向快速凝固特征。由凝固 理论可知，温度梯度与凝固速率的比值G/R (结晶参数)决定着凝固组织的形貌，在激光焊 接过程中，由于熔池与大块的冷金属接触，冷速很快，凝固开始时，在液相的一侧存在着极 大的正温度梯度，不会出现成分过冷现象，因此固/液界面向前推进速度很慢，使得G/R很大 ，凝固首先以无晶核的方式直接在熔池边缘区域通过晶体外延附生的方式生长出一层的细长 的柱状晶并且夹有细小的等轴晶。随着结晶过程的进行，G/R逐渐减小，成分过冷区的存在 破坏了熔池的稳定性，这时宏观界面偶然扰动产生的任何凸起都将面临较大的过冷而以更快 速度进一步长大，而新晶核的形成比较困难，因此细长的柱状晶长成了粗大的柱状晶。当熔 池中晶粒长大时，熔池前方排出的溶质就被推到固液界面，G/R进一步减小，成分过冷区变 宽，柱状晶就以树枝状方式生长，晶粒就转变成明显的枝状晶。随着枝状晶向前生长，液相 中温度梯度G很小，成分过冷越来越大，成分过冷区增大到液相能均匀形核时，则在剩余金 属溶液内形成大量的新晶核，并沿各个方向自由生长而形成等轴晶，最终形成均匀中心等轴 晶区。2.2热影响区(H.A.Z)组织在激光束扫过焊缝时，焊缝周围处于固态的基材就会发生明显的固态相变，这一区域称 为焊接接头的热影响区(H.A.Z) ， H.A.Z可分为完全淬火区和不完全淬火区。完全淬火区分为粗晶区和细晶区。粗晶区组织为粗大的马氏体和少量的贝氏体，细晶区 为细小的马氏体和少量的贝氏体。这是因为H.A.Z的完全淬火区温度范围约为Ac3 -1450oC。该区域的金属处于过热状态，距离焊缝越近，奥氏体化的晶粒长大就越严重。当热源离开时 ，焊缝快速冷却，严重长大的奥氏体晶粒就转变为粗大的马氏体和少量贝氏体组织即形成完 全淬火粗晶区。完全淬火细晶区的奥氏体化的晶粒长大不明显，快冷后的组织变为细小而均 匀的马氏体和少量贝氏体。这两个区域的组织特征均为马氏体和贝氏体组织，只是晶粒的粗 细不同，同属于完全淬火区。不完全淬火区组织为细小板条马氏体、贝氏体和少量的残余奥氏体。这是因为在Ad以 上时间很短，只有部分贝氏体、索本文档来自技高网...
【技术保护点】
激光焊接在超高强度钢焊接中的应用。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘其斌，白丽锋，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：52[中国|贵州]
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