CN113909688A - 用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接*** - Google Patents
用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN113909688A CN113909688A CN202111222347.7A CN202111222347A CN113909688A CN 113909688 A CN113909688 A CN 113909688A CN 202111222347 A CN202111222347 A CN 202111222347A CN 113909688 A CN113909688 A CN 113909688A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic field
- stainless steel
- duplex stainless
- welding
- welded
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 199
- 229910001039 duplex stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 140
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 12
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 23
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 3
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 abstract description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 7
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
- B23K26/702—Auxiliary equipment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
- B23K2103/05—Stainless steel
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接***，所述方法包括：对双相不锈钢待焊工件表面进行预处理；通过磁场设备对所述双相不锈钢待焊工件施加交变磁场；通过激光器对所述双相不锈钢待焊工件进行激光焊接，在所述交变磁场的作用下，实现对所述双相不锈钢待焊工件的两相比例调节。本发明通过以非接触的形式与熔池金属流体、等离子电弧以及光致等离子体产生相互作用的磁场，实现对熔池的搅拌，能够有效改善焊缝的内部形态，合理调整组织分布，并以减少焊缝中合金元素的偏析，抑制裂纹产生，同时提高焊缝组织性能和生产效率，有效的克服双相不锈钢焊接后双相比例失衡的问题。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接***。
背景技术
目前，双相不锈钢因其具备优异的力学性能、物理性能及耐腐蚀性而被广泛应用于核电、化工及临海基建等腐蚀性强的环境。激光焊接是双相不锈钢在应用过程中常见的加工工艺，然而现有激光焊接技术在焊接双相不锈钢时，过高的焊接热输入会对双相不锈钢焊接接头的微观组织分布和相组成造成严重影响，使得铁素体与奥氏体组织双相比例失衡，降低了焊接接头的综合性能。
发明内容
本发明提供一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，用以解决现有技术中激光焊接技术在焊接双相不锈钢时，铁素体与奥氏体组织双相比例失衡，降低了焊接接头综合性能的缺陷，通过以非接触的形式与熔池金属流体、等离子电弧以及光致等离子体产生相互作用的磁场，实现对熔池的搅拌，能够有效改善焊缝的内部形态，合理调整组织分布，并以减少焊缝中合金元素的偏析，抑制裂纹产生，同时提高焊缝组织性能和生产效率，有效的克服双相不锈钢焊接后双相比例失衡的问题。
本发明还提供一种焊接***。
根据本发明第一方面提供的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，包括：对双相不锈钢待焊工件表面进行预处理；
通过磁场设备对所述双相不锈钢待焊工件施加交变磁场；
通过激光器对所述双相不锈钢待焊工件进行激光焊接，所述双相不锈钢待焊工件在交变磁场的作用下，实现对两相比例的调节。
需要说明的是，双相比例是双相不锈钢微观组织结构中最重要的特征之一，受焊接过程的影响，在焊接后的焊缝组织中容易造成两相比例失衡，恶化焊接接头性能，本实施例通过对双相不锈钢待焊工件施加交变磁场，可以有效的克服双相不锈钢焊接后双相比例失衡的技术难题，可以有效调控焊缝组织的两相比例分布，改善焊缝性能，提高接头强韧性及耐腐蚀性，扩展激光焊接的应用领域。
根据本发明的一种实施方式，所述对双相不锈钢待焊工件表面进行预处理的步骤中，具体包括：
用无纺布蘸取无水乙醇擦拭除所述双相不锈钢待焊工件正面和背面的坡口边缘10至20mm的铁锈和油污；
其中，所述正面是指所述双相不锈钢待焊工件的焊接面。
具体来说，本实施例提供了一种对双相不锈钢待焊工件进行预处理的实施方式，通过对双相不锈钢待焊工件进行表面处理，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响。
根据本发明的一种实施方式，所述双相不锈钢待焊工件为铁素体和奥氏体组成的双相不锈钢。
具体来说，本实施例提供了一种双相不锈钢待焊工件的实施方式，通过在焊接过程中采用交变磁场对双相不锈钢焊缝组织进行调控，可以显著改善奥氏体与铁素体的组织分布特征，定量调控两相的比例，改善焊缝性能。
根据本发明的一种实施方式，所述通过激光器对所述双相不锈钢待焊工件进行激光焊接，在所述交变磁场的作用下，实现对所述双相不锈钢待焊工件的两相比例调节的步骤中，具体包括：
获取所述磁场设备与所述双相不锈钢待焊工件之间的即时参数和预设参数，并根据所述即时参数和所述预设参数进行判断；
若所述即时参数处于所述预设参数的范围内，则根据预设磁场强度和预设磁场频率对所述双相不锈钢待焊工件施加所述交变磁场；
若所述即时参数处于所述预设参数的范围外，则根据所述即时参数调节所述磁场设备的即时磁场强度和即时磁场频率，并根据调节后的所述即时磁场强度和即时磁场频率对所述双相不锈钢待焊工件施加所述交变磁场。
具体来说，本实施例提供了一种通过交变磁场调节双相不锈钢待焊工件两相比例的实施方式，通过对磁场设备与双相不锈钢待焊工件之间的即时参数和预设参数进行获取，能够根据不同形状、尺寸和结构的双相不锈钢待焊工件进行交变磁场的磁场强度和磁场频率的调节，以满足对双相不锈钢待焊工件两相比例的调节。
需要说明的是，本实施例在双相不锈钢待焊工件的激光焊接过程中，施加交变磁场辅助联合作用。经交变磁场作用下的焊缝熔池液面波动小，焊缝成型美观，熔滴过渡均为“铺展过渡”，铁素体与奥氏体组织各占比例可根据交变磁场参数定量调控，加载交变磁场对熔池具有一定搅拌作用，使熔池流动更加稳定，组织分布更加均匀。在交变磁场辅助作用下的焊接接头，由于其奥氏体和铁素体的两相比例与母材的一致性较高，焊接后焊接接头具有优良的强度和塑性，焊接后焊缝金属的耐腐蚀性能良好。本发明克服了传统焊接工艺在双相不锈钢焊接过程中焊接接头奥氏体含量较低的不利因素，提高了双相不锈钢焊接后焊接接头的综合力学性能。
根据本发明的一种实施方式，所述预设参数包括：预设高度和预设厚度；
所述预设高度为所述磁场设备与所述双相不锈钢待焊工件之间的距离；
所述预设厚度为所述激光器对所述双相不锈钢待焊工件施加激光焊接形成熔池处的厚度。
具体来说，本实施例提供了一种预设参数的实施方式，通过对磁场设备与双相不锈钢待焊工件之间的距离，以及双相不锈钢待焊工件熔池处的厚度进行获取，实现了根据不同形状、尺寸和结构的双相不锈钢待焊工件进行交变磁场的磁场强度和磁场频率的调节，以满足对双相不锈钢待焊工件两相比例的调节。
根据本发明的一种实施方式，所述磁场设备的磁场强度调节范围介于20至200mT之间；所述磁场设备的磁场频率调节范围介于10至50Hz之间。
具体来说，本实施例提供了一种磁场强度和磁场频率的实施方式，通过对磁场强度和磁场频率调节范围的提供，实现了根据不同形状、尺寸和结构的双相不锈钢待焊工件进行交变磁场的磁场强度和磁场频率的调节。
在可能的实施方式中，所述磁场设备的磁场强度调节范围介于80至150mT，所述磁场设备的磁场频率调节范围介于20至40Hz之间。
根据本发明的一种实施方式，所述激光器和所述磁场设备沿焊接方向依次间隔设置，且所述磁场设备施加的交变磁场沿所述焊接方向包裹所述激光器在所述双相不锈钢待焊工件表面形成的熔池。
具体来说，本实施例提供了一种激光器和磁场设备布置关系的实施方式，通过将交变磁场设置为包裹激光器在双相不锈钢待焊工件表面形成的熔池，使得交变磁场能够对双相不锈钢待焊工件表面的熔池形成全面的搅动作用，效改善焊缝的内部形态和合理调整组织分布。
根据本发明的一种实施方式，所述磁场设备施加的交变磁场为沿所述焊接方向延伸的纵向磁场。
具体来说，本实施例提供了一种交变磁场的实施方式，通过施加纵向的交变磁场，更加符合在焊接过程中，交变磁场与激光束、熔池、内部热量流向等的耦合。
根据本发明的一种实施方式，所述若所述即时参数处于所述预设参数的范围外，根据所述即时参数调节所述磁场设备的即时磁场强度和即时磁场频率的步骤中，具体包括:
获取所述即时参数的第一参数特征，将所述第一参数特征输入参数样本模型，并通过所述参数样本模型得到与所述第一参数特征匹配的第二参数特征；
在所述参数样本模型中获取与所述第二参数特征值对应的样本磁场强度和样本磁场频率，并将所述样本磁场强度作为所述即时磁场强度，将所述样本磁场频率作为所述即时磁场频率。
具体来说，本实施例提供了一种根据所述即时参数调节所述磁场设备的即时磁场强度和即时磁场频率的实施方式，通过参数样本模型的设置，便于通过处于预设参数的范围外的即时参数获取即时磁场强度和即时磁场频率。
需要说明的是，参数样本模型是通过参数样本的大数据进行训练得到的。
根据本发明第二方面提供的一种焊接***，具有上述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法。
本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接***，通过以非接触的形式与熔池金属流体、等离子电弧以及光致等离子体产生相互作用的磁场，实现对熔池的搅拌，能够有效改善焊缝的内部形态，合理调整组织分布，并以减少焊缝中合金元素的偏析，抑制裂纹产生，同时提高焊缝组织性能和生产效率，有效的克服双相不锈钢焊接后双相比例失衡的问题。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法的流程示意图；
图2是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之一；
图3是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之二；
图4是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之三；
图5是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之四；
图6是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之五。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法的流程示意图。图1展示了本发明用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法的实施方式。
图2是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之一。如图2所示的实施例中，用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法包括：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方加载可调式交变磁场设备，并将该设备与焊接机构固定，使得焊接过程中，磁场辅助设备保持与激光器联动，控制交变磁场强度为20mT，磁场频率为10Hz；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，交变磁场距离待焊工件表面高度h为10mm，对双相不锈钢进行激光焊接。
在对比例中，焊接方法包括如下步骤：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方不加载可调式交变磁场设备，使得在焊接过程中，保持无磁场辅助；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，对双相不锈钢进行激光焊接。
需要说明的是，通过图2可知，对实施例和对比例进行微观组织的双相比例对比分析发现，实施例在磁场强度为20mT，磁场频率为10Hz的交变磁场辅助的作用下，奥氏体与铁素体的含量比例为42.21％：57.79％，对比例的奥氏体与铁素体比例则为34.77％：65.23％，说明实施例中的交变磁场有效改善了铁素体与奥氏体组织所占比例不均衡的问题，奥氏体含量显著增加。
图3是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之二。如图3所示的实施例中，用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法包括：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方加载可调式交变磁场设备，并将该设备与焊接机构固定，使得焊接过程中，磁场辅助设备保持与激光器联动，控制交变磁场强度为80mT，磁场频率为20Hz；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，交变磁场距离待焊工件表面高度h为20mm，对双相不锈钢进行激光焊接。
在对比例中，焊接方法包括如下步骤：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方不加载可调式交变磁场设备，使得在焊接过程中，保持无磁场辅助；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，对双相不锈钢进行激光焊接。
需要说明的是，通过图3可知，对实施例和对比例进行微观组织的双相比例对比分析发现，实施例在磁场强度为80mT，磁场频率为20Hz的交变磁场辅助的作用下，奥氏体与铁素体的含量比例为47.25％：52.75％，对比例的奥氏体与铁素体比例则为31.12％：68.88％，说明实施例2中的交变磁场有效调控双相不锈钢焊接接头的双相比例，且作用效果较佳。
图4是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之三。如图4所示的实施例中，用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法包括：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方加载可调式交变磁场设备，并将该设备与焊接机构固定，使得焊接过程中，磁场辅助设备保持与激光器联动，控制交变磁场强度为120mT，磁场频率为30Hz；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，交变磁场距离待焊工件表面高度h为25mm，对双相不锈钢进行激光焊接。
在对比例中，焊接方法包括如下步骤：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方不加载可调式交变磁场设备，使得在焊接过程中，保持无磁场辅助；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，对双相不锈钢进行激光焊接；
需要说明的是，通过图4可知，对实施例和对比例进行微观组织的双相比例对比分析发现，实施例在磁场强度为120mT，磁场频率为30Hz的交变磁场辅助的作用下，奥氏体与铁素体的含量比例为49.13％：50.87％，对比例的奥氏体与铁素体比例则为34.25％：65.75％，说明实施例中的交变磁场调控双相比例效果十分显著，对于该参数下的激光焊接，120mT磁场强度和30Hz磁场频率的交变磁场辅助作用最佳。
图5是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之四。如图5所示的实施例中，用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法包括：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方加载可调式交变磁场设备，并将该设备与焊接机构固定，使得焊接过程中，磁场辅助设备保持与激光器联动，控制磁场强度为150mT，磁场频率为40Hz；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，交变磁场距离待焊工件表面高度h为30mm，对双相不锈钢进行激光焊接。
在对比例中，焊接方法包括如下步骤：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方不加载可调式交变磁场设备，使得在焊接过程中，保持无磁场辅助；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，对双相不锈钢进行激光焊接。
需要说明的是，通过图5可知，对实施例和对比例进行微观组织的双相比例对比分析发现，实施例在磁场强度为150mT，磁场频率为40Hz的交变磁场辅助的作用下，奥氏体与铁素体的含量比例为47.29％：52.71％，对比例的奥氏体与铁素体比例则为30.94％：69.06％，说明实施例中的交变磁场有效调控双相不锈钢焊接接头的双相比例，且作用效果较佳。
图6是本发明提供的用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法中，实施例与对比例的力学性能示意图之五。如图6所示的实施例中，用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法包括：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方加载可调式交变磁场设备，并将该设备与焊接机构固定，使得焊接过程中，磁场辅助设备保持与激光器联动，控制磁场强度控制为200mT，磁场频率为50Hz；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，交变磁场距离待焊工件表面高度h为40mm，对双相不锈钢进行激光焊接。
在对比例中，焊接方法包括如下步骤：
步骤一，搭建激光焊试验平台，激光焊接***包括光纤激光器及冷却设备、六轴机器人手臂、送丝焊机，焊接工装夹具等；
步骤二，在待焊工件上方不加载可调式磁场设备，使得在焊接过程中，保持无磁场辅助；
步骤三，将待焊工件表面进行预处理工作，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响；
步骤四，采用激光功率4500W、送丝速度2.3m/min、离焦量+10mm、焊接速度0.48m/min、光丝间距1mm的激光焊接工艺参数，对双相不锈钢进行激光焊接。
需要说明的是，通过图6可知，对实施例和对比例进行微观组织的双相比例对比分析发现，实施例在200mT的交变磁场辅助的作用下，奥氏体与铁素体的含量比例为43.18％：56.82％，对比例的奥氏体与铁素体比例则为31.87％：68.13％，说明实施例中的交变磁场有效改善了铁素体与奥氏体组织所占比例不均衡的问题，奥氏体含量显著增加。
基于上述展示的图2至图6，本发明提供了五个实施例和五个对比例，在实际应用中，可进行多次试验，以便于参数样本模型的形成，便于通过处于预设参数的范围外即时参数获取即时磁场强度和即时磁场频率。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一些具体实施方案中，如图1至图6所示，本方案提供一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，包括：对双相不锈钢待焊工件表面进行预处理；
通过磁场设备对双相不锈钢待焊工件施加交变磁场；
通过激光器对双相不锈钢待焊工件进行激光焊接，双相不锈钢待焊工件在交变磁场的作用下，实现对两相比例的调节。
详细来说，本发明提供一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，用以解决现有技术中激光焊接技术在焊接双相不锈钢时，铁素体与奥氏体组织双相比例失衡，降低了焊接接头综合性能的缺陷，通过以非接触的形式与熔池金属流体、等离子电弧以及光致等离子体产生相互作用的磁场，实现对熔池的搅拌，能够有效改善焊缝的内部形态，合理调整组织分布，并以减少焊缝中合金元素的偏析，抑制裂纹产生，同时提高焊缝组织性能和生产效率，有效的克服双相不锈钢焊接后双相比例失衡的问题。
需要说明的是，双相比例是双相不锈钢微观组织结构中最重要的特征之一，受焊接过程的影响，在焊接后的焊缝组织中容易造成两相比例失衡，恶化焊接接头性能，本实施例通过对双相不锈钢待焊工件施加交变磁场，可以有效的克服双相不锈钢焊接后双相比例失衡的技术难题，可以有效调控焊缝组织的两相比例分布，改善焊缝性能，提高接头强韧性及耐腐蚀性，扩展激光焊接的应用领域。
在本发明一些可能的实施例中，对双相不锈钢待焊工件表面进行预处理的步骤中，具体包括：用无纺布蘸取无水乙醇擦拭除双相不锈钢待焊工件正面和背面的坡口边缘10至20mm的铁锈和油污；其中，正面是指双相不锈钢待焊工件的焊接面。
具体来说，本实施例提供了一种对双相不锈钢待焊工件进行预处理的实施方式，通过对双相不锈钢待焊工件进行表面处理，消除铁锈、油污等影响因素，避免对焊后接头质量产生负面影响。
在本发明一些可能的实施例中，双相不锈钢待焊工件为铁素体和奥氏体组成的双相不锈钢。
具体来说，本实施例提供了一种双相不锈钢待焊工件的实施方式，通过在焊接过程中采用交变磁场对双相不锈钢焊缝组织进行调控，可以显著改善奥氏体与铁素体的组织分布特征，定量调控两相的比例，改善焊缝性能。
在本发明一些可能的实施例中，通过激光器对双相不锈钢待焊工件进行激光焊接，在交变磁场的作用下，实现对双相不锈钢待焊工件的两相比例调节的步骤中，具体包括：
获取磁场设备与双相不锈钢待焊工件之间的即时参数和预设参数，并根据即时参数和预设参数进行判断；
若即时参数处于预设参数的范围内，则根据预设磁场强度和预设磁场频率对双相不锈钢待焊工件施加交变磁场；
若即时参数处于预设参数的范围外，则根据即时参数调节磁场设备的即时磁场强度和即时磁场频率，并根据调节后的即时磁场强度和即时磁场频率对双相不锈钢待焊工件施加交变磁场。
具体来说，本实施例提供了一种通过交变磁场调节双相不锈钢待焊工件两相比例的实施方式，通过对磁场设备与双相不锈钢待焊工件之间的即时参数和预设参数进行获取，能够根据不同形状、尺寸和结构的双相不锈钢待焊工件进行交变磁场的磁场强度和磁场频率的调节，以满足对双相不锈钢待焊工件两相比例的调节。
需要说明的是，本实施例在双相不锈钢待焊工件的激光焊接过程中，施加交变磁场辅助联合作用。经交变磁场作用下的焊缝熔池液面波动小，焊缝成型美观，熔滴过渡均为“铺展过渡”，铁素体与奥氏体组织各占比例可根据交变磁场参数定量调控，加载交变磁场对熔池具有一定搅拌作用，使熔池流动更加稳定，组织分布更加均匀。在交变磁场辅助作用下的焊接接头，由于其奥氏体和铁素体的两相比例与母材的一致性较高，焊接后焊接接头具有优良的强度和塑性，焊接后焊缝金属的耐腐蚀性能良好。本发明克服了传统焊接工艺在双相不锈钢焊接过程中焊接接头奥氏体含量较低的不利因素，提高了双相不锈钢焊接后焊接接头的综合力学性能。
在本发明一些可能的实施例中，预设参数包括：预设高度和预设厚度；预设高度为磁场设备与双相不锈钢待焊工件之间的距离；预设厚度为激光器对双相不锈钢待焊工件施加激光焊接形成熔池处的厚度。
具体来说，本实施例提供了一种预设参数的实施方式，通过对磁场设备与双相不锈钢待焊工件之间的距离，以及双相不锈钢待焊工件熔池处的厚度进行获取，实现了根据不同形状、尺寸和结构的双相不锈钢待焊工件进行交变磁场的磁场强度和磁场频率的调节，以满足对双相不锈钢待焊工件两相比例的调节。
在本发明一些可能的实施例中，磁场设备的磁场强度调节范围介于20至200mT之间；磁场设备的磁场频率调节范围介于10至50Hz之间。
具体来说，本实施例提供了一种磁场强度和磁场频率的实施方式，通过对磁场强度和磁场频率调节范围的提供，实现了根据不同形状、尺寸和结构的双相不锈钢待焊工件进行交变磁场的磁场强度和磁场频率的调节。
在可能的实施方式中，磁场设备的磁场强度调节范围介于80至150mT，磁场设备的磁场频率调节范围介于20至40Hz之间。
在本发明一些可能的实施例中，激光器和磁场设备沿焊接方向依次间隔设置，且磁场设备施加的交变磁场沿焊接方向包裹激光器在双相不锈钢待焊工件表面形成的熔池。
具体来说，本实施例提供了一种激光器和磁场设备布置关系的实施方式，通过将交变磁场设置为包裹激光器在双相不锈钢待焊工件表面形成的熔池，使得交变磁场能够对双相不锈钢待焊工件表面的熔池形成全面的搅动作用，效改善焊缝的内部形态和合理调整组织分布。
在本发明一些可能的实施例中，磁场设备施加的交变磁场为沿焊接方向延伸的纵向磁场。
具体来说，本实施例提供了一种交变磁场的实施方式，通过施加纵向的交变磁场，更加符合在焊接过程中，交变磁场与激光束、熔池、内部热量流向等的耦合。
在本发明一些可能的实施例中，若即时参数处于预设参数的范围外，根据即时参数调节磁场设备的即时磁场强度和即时磁场频率的步骤中，具体包括:
获取即时参数的第一参数特征，将第一参数特征输入参数样本模型，并通过参数样本模型得到与第一参数特征匹配的第二参数特征；
在参数样本模型中获取与第二参数特征值对应的样本磁场强度和样本磁场频率，并将样本磁场强度作为即时磁场强度，将样本磁场频率作为即时磁场频率。
具体来说，本实施例提供了一种根据即时参数调节磁场设备的即时磁场强度和即时磁场频率的实施方式，通过参数样本模型的设置，便于通过处于预设参数的范围外的即时参数获取即时磁场强度和即时磁场频率。
需要说明的是，参数样本模型是通过参数样本的大数据进行训练得到的。
在本发明的一些具体实施方案中，本方案提供一种焊接***，具有上述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (10)
1.一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，包括：对双相不锈钢待焊工件表面进行预处理；
通过磁场设备对所述双相不锈钢待焊工件施加交变磁场；
通过激光器对所述双相不锈钢待焊工件进行激光焊接，在所述交变磁场的作用下，实现对所述双相不锈钢待焊工件的两相比例调节。
2.根据权利要求1所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，所述对双相不锈钢待焊工件表面进行预处理的步骤中，具体包括：
用无纺布蘸取无水乙醇擦拭除所述双相不锈钢待焊工件正面和背面的坡口边缘10至20mm的铁锈和油污；
其中，所述正面是指所述双相不锈钢待焊工件的焊接面。
3.根据权利要求1所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，所述双相不锈钢待焊工件为铁素体和奥氏体组成的双相不锈钢。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，所述通过激光器对所述双相不锈钢待焊工件进行激光焊接，在所述交变磁场的作用下，实现对所述双相不锈钢待焊工件的两相比例调节的步骤中，具体包括：
获取所述磁场设备与所述双相不锈钢待焊工件之间的即时参数和预设参数，并根据所述即时参数和所述预设参数进行判断；
若所述即时参数处于所述预设参数的范围内，则根据预设磁场强度和预设磁场频率对所述双相不锈钢待焊工件施加所述交变磁场；
若所述即时参数处于所述预设参数的范围外，则根据所述即时参数调节所述磁场设备的即时磁场强度和即时磁场频率，并根据调节后的所述即时磁场强度和即时磁场频率对所述双相不锈钢待焊工件施加所述交变磁场。
5.根据权利要求4所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，所述预设参数包括：预设高度和预设厚度；
所述预设高度为所述磁场设备与所述双相不锈钢待焊工件之间的距离；
所述预设厚度为所述激光器对所述双相不锈钢待焊工件施加激光焊接形成熔池处的厚度。
6.根据权利要求4所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，所述磁场设备的磁场强度调节范围介于20至200mT之间；所述磁场设备的磁场频率调节范围介于10至50Hz之间。
7.根据权利要求4所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，所述激光器和所述磁场设备沿焊接方向依次间隔设置，且所述磁场设备施加的交变磁场沿所述焊接方向包裹所述激光器在所述双相不锈钢待焊工件表面形成的熔池。
8.根据权利要求7所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，所述磁场设备施加的交变磁场为沿所述焊接方向延伸的纵向磁场。
9.根据权利要求4所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法，其特征在于，所述若所述即时参数处于所述预设参数的范围外，根据所述即时参数调节所述磁场设备的即时磁场强度和即时磁场频率的步骤中，具体包括:
获取所述即时参数的第一参数特征，将所述第一参数特征输入参数样本模型，并通过所述参数样本模型得到与所述第一参数特征匹配的第二参数特征；
在所述参数样本模型中获取与所述第二参数特征值对应的样本磁场强度和样本磁场频率，并将所述样本磁场强度作为所述即时磁场强度，将所述样本磁场频率作为所述即时磁场频率。
10.一种焊接***，其特征在于，具有上述权利要求1至9任一所述的一种用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111222347.7A CN113909688B (zh) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111222347.7A CN113909688B (zh) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113909688A true CN113909688A (zh) | 2022-01-11 |
| CN113909688B CN113909688B (zh) | 2023-10-31 |
Family
ID=79241509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111222347.7A Active CN113909688B (zh) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113909688B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116140809A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-05-23 | 浙江工业大学 | 一种双相不锈钢焊接在线调整相比例的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101462196A (zh) * | 2008-12-31 | 2009-06-24 | 重庆大学 | 双相不锈钢厚板电磁复合双面埋弧焊接方法与设备 |
| JP2017031473A (ja) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | 株式会社日立製作所 | 二相ステンレス鋼、二相ステンレス鋼の製造方法および製造装置 |
| CN110640315A (zh) * | 2019-08-26 | 2020-01-03 | 江苏大学 | 一种外加变频磁场的激光焊接方法和装置 |
| CN112388164A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-23 | 上海交通大学 | 减少铝合金焊缝气孔的交流磁场辅助激光深熔焊方法 |
-
2021
- 2021-10-20 CN CN202111222347.7A patent/CN113909688B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101462196A (zh) * | 2008-12-31 | 2009-06-24 | 重庆大学 | 双相不锈钢厚板电磁复合双面埋弧焊接方法与设备 |
| JP2017031473A (ja) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | 株式会社日立製作所 | 二相ステンレス鋼、二相ステンレス鋼の製造方法および製造装置 |
| CN110640315A (zh) * | 2019-08-26 | 2020-01-03 | 江苏大学 | 一种外加变频磁场的激光焊接方法和装置 |
| CN112388164A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-23 | 上海交通大学 | 减少铝合金焊缝气孔的交流磁场辅助激光深熔焊方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116140809A (zh) * | 2023-04-04 | 2023-05-23 | 浙江工业大学 | 一种双相不锈钢焊接在线调整相比例的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113909688B (zh) | 2023-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yildiz et al. | Wire arc additive manufacturing of high-strength low alloy steels: study of process parameters and their influence on the bead geometry and mechanical characteristics | |
| Hussain et al. | Influence of welding speed on tensile strength of welded joint in TIG welding process | |
| CN101767246B (zh) | 一种提高tig焊接速度的装置和方法 | |
| CN109158760A (zh) | 一种窄间隙扫描振镜激光-热丝复合焊接方法及装置 | |
| Chen et al. | Microstructure and mechanical properties of Q235 steel welded joint in pulsed and un-pulsed ultrasonic assisted gas tungsten arc welding | |
| CN113909688A (zh) | 用于调节两相比例的双相不锈钢焊接方法及焊接*** | |
| Elango et al. | Welding parameters for Inconel 625 overlay on carbon steel using GMAW | |
| Chen et al. | Microstructure and mechanical properties of HSLA thick plates welded by novel double-sided gas metal arc welding | |
| CN103406667B (zh) | 一种不锈钢薄板角焊缝的激光焊接方法及其夹具 | |
| CN105750717B (zh) | 一种用于连接板与筒体之间的焊接工艺 | |
| Zhao et al. | Comparison of microstructure and mechanical properties of aluminum components manufactured by CMT | |
| Bandhu et al. | Influence of regulated metal deposition and gas metal arc welding on ASTM A387-11–2 steel plates: as-deposited inspection, microstructure, and mechanical properties | |
| Weber et al. | Tensile behaviour of WAAM high strength steel material and members | |
| CN111230306B (zh) | 一种双金属穿透激光焊复层组织f/a比例同步调控方法 | |
| Jha et al. | Investigating the effect of welding current on the tensile properties of SMAW welded mild steel joints | |
| Cheng et al. | Effect of laser oscillating welding on microstructure and mechanical properties of 40Cr steel/45 steel fillet welded joints | |
| CN116618797A (zh) | 一种基于焊缝实时监测技术的智能tig焊***及方法 | |
| CN107283040B (zh) | 一种电子束连续焊接折弯结构工件的方法 | |
| Wisnujati et al. | Analysis of Mechanical Properties SMAW Welding Joints of Portable Electric Hydraulic Jack Frame | |
| Amaral et al. | Influence of the formulation of a flux-cored wire on the microstructure and hardness of welded metal | |
| Gedeon et al. | Metallurgical and process variables affecting the resistance spot weldability of galvanized sheet steels | |
| Jha et al. | Influence of welding current and joint design on the tensile properties of SMAW welded mild steel joints | |
| Jin et al. | A study on welding quality for the automatic vertical-position welding process based on Mahalanobis Distance method | |
| Thomä et al. | Hybrid Al/steel-joints manufactured by ultrasound enhanced friction stir welding (USE-FSW): Process comparison, nondestructive testing and microscopic analysis | |
| CN108941861A (zh) | 27SiMn无缝钢管对焊工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |