一種Invar模具鋼激光-電弧復合焊接方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鎳基合金高能束焊接技術領域，尤其指代一種Invar模具鋼激光-電弧復合焊接方法。
【背景技術】
[0002]復合材料由于比重小、強度高、疲勞性能好等一系列優(yōu)點，應用于航空航天產(chǎn)品中能夠帶來減輕機體結構、延長維護間隔和降低運營成本等綜合效益，因此成為大型飛機制造的關鍵材料之一。復材零件是在模具中進行復合并最終成型的，且成型后的零件外型面不再做任何加工，這就對模具材料提出了一定的要求:變化溫度下的穩(wěn)定性、與復合材料相一致的熱膨脹系數(shù)、真空環(huán)境中良好的穩(wěn)固性和低制造成本等。Irwar鋼因其低的膨脹系數(shù)，良好的變溫穩(wěn)定性和低制造成本，成為模具制造的重要材料之一。
[0003]由于大型飛機復合材料的尺寸都較大，因此模具尺寸也較大，很難一次成型，通常需要采用焊接結構。目前，大厚板Invar模具鋼的焊接工藝一般為熔化極氣體保護焊(MIG焊)，并進行多層多道填充。該工藝操作簡單、成本較低，但也存在諸多局限性。例如焊道數(shù)量多導致示教和焊接時間長，效率低下；多次示教增加了勞動強度，且誤差逐漸積累，影響焊接質(zhì)量;常規(guī)電弧焊接深寬比小，容易造成未焊透、未融合等焊接缺陷，而采用較高的熱輸入又容易造成晶粒粗大、焊后變形嚴重。
[0004]針對以上問題，如何有效改善Invar鋼焊接的恪透性，穩(wěn)定焊接質(zhì)量，減小焊接變形，提高焊接效率已成為業(yè)界人士關心的重要課題。
[0005]在激光、電弧復合進行焊接時電弧會與激光出現(xiàn)協(xié)同效應，在電流與激光功率匹配的情況下，焊縫熔深會比激光焊增加一倍以上。因此采用參數(shù)合適的激光-電弧復合焊接工藝時，較低的熱輸入下可獲得較大的焊縫深寬比，有效改善Invar鋼焊接時熔透性。且極大地縮短了焊接時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對于上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種Invar模具鋼激光-電弧復合焊接方法，解決了現(xiàn)有技術中電弧焊接技術厚板Invar鋼時存在的層間融合不良，裂紋夾渣較多，焊縫成型不良，生產(chǎn)效率低等問題，本發(fā)明的方法可在極大提高生產(chǎn)效率的同時得到焊縫質(zhì)量穩(wěn)定的厚板Invar模具鋼對接接頭。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明的一種Invar模具鋼激光-電弧復合焊接方法，包括如下步驟:
[0008]焊接材料的的選用:所述Invar模具鋼板材化學成分的重量百分比為:M35.5%-36.5%、C〈0.01%、Si〈0.02%、Mn0.2%-0.4%、P〈0.007%、S〈0.002%、Cr〈0.15%、Co〈0.4%、其余為Fe;
[0009]設計Invar模具鋼板焊件坡口形狀及焊前準備:進行單面焊接成形，待焊件開V型坡口，坡口角度為30°，鈍邊6mm，鈍邊間距0.8mm，焊接過程保護采用99.9 % Ar，流量控制在15L/min，激光功率為2-6KW，離焦量為Omm，激光前導距離為Omm，焊接電流為240-320A，電弧電壓為12V，焊接速度為0.35-lm/min，電弧焊槍傾角45° ;焊前對坡口附近進行精細打磨，去除試樣表面殘留的雜質(zhì)，使用丙酮擦拭、清洗試樣，去除殘余油污；
[0010]Invar模具鋼板激光-電弧復合焊接路徑規(guī)劃:Invar模具鋼厚度為19.05mm，設計三層，每層采用單道焊縫、直線焊接路徑填充，焊接方向依次交替；
[0011]Invar模具鋼板激光-電弧復合焊接參數(shù)為:打底焊所用激光功率為5500-6000W，焊接電流240A、焊接速度lm/min，送絲速度為1.2m/min;填充焊所用激光功率為2000W，焊接電流220-280A、焊接速度0.35m/min，送絲速度為1.2m/min;蓋面焊所用激光功率為2000W，焊接電流280-320A、焊接速度0.35m/min，送絲速度為1.2m/min。
[0012]優(yōu)選地，所用焊接材料為Invar M93焊絲，焊絲直徑1.2mm，焊絲化學成分與母材化學成分相同。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
[0014]本發(fā)明通過合理采用激光-電弧復合焊接技術，實現(xiàn)了飛機復材模具制造專用的大厚度Invar鋼的焊接;對于厚度為19.05mm的Invar鋼，采用3層焊縫、每層I道焊縫進行填充;焊縫成形優(yōu)良，無明顯飛濺、咬邊、夾渣等缺陷，焊縫總深寬比大，焊后變形很小;打底焊較大的激光功率，獲得較大的深寬比，可保證打底焊焊透;填充焊及蓋面焊時，可降低激光功率，增大電弧功率，從而適當減小焊縫深寬比；通過激光引導并穩(wěn)定電弧，可獲得較好的層間熔合效果及蓋面成形。
[0015]本發(fā)明還克服了采用傳統(tǒng)電弧焊接技術厚板Invar鋼時存在的層間融合不良，裂紋夾渣較多，焊縫成型不良，生產(chǎn)效率低等缺點，為提高Invar鋼焊接接頭力學性能、改善焊后變形提供了工藝保障。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例1中Invar鋼激光-電弧復合焊試樣的表面成形圖；
[0017]圖2為圖1的截面圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實施例2中Invar鋼激光-電弧復合焊試樣的表面成形圖；
[0019]圖4為圖3的截面圖；
[0020]【附圖說明】:11為第一蓋面層、12為第一填充層、13為第一打底層、21為第二蓋面層、22為第二填充層、23為第二打底層。
【具體實施方式】
[0021]為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本發(fā)明作進一步的說明，實施方式提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定。
[0022]本發(fā)明的一種Invar模具鋼激光-電弧復合焊接方法，包括如下步驟:
[0023]焊接材料的的選用:所述Invar模具鋼板材化學成分的重量百分比為:M35.5%-36.5%、C〈0.01%、Si〈0.02%、Mn0.2%-0.4%、P〈0.007%、S〈0.002%、Cr〈0.15%、Co〈0.4%、其余為Fe;母材屬于鎳基合金，室溫下微觀形貌為典型的奧氏體組織;所用的焊接材料為Invar M93焊絲，焊絲直徑1.2mm，焊絲化學成分與母材化學成分相同，高猛含量的焊絲能夠提高焊縫的脫氧能力及裂紋愈合能力；
[0024]焊接設備的選用:由KUKA機器人KR30HA、TPS-5000福尼斯焊機、IPG YLS-6000型光纖激光器及機械手等組成的激光-電弧復合焊裝置；
[0025]Invar模具鋼板焊件坡口形狀設計及焊前準備:所述Invar模具鋼厚度為19.05mm，根據(jù)裝配的需要，選擇單面焊接成形工藝，待焊件開V型坡口，坡口角度為30°，鈍邊6mm，鈍邊間距0.8mm，開小角度坡口可防止激光光束照射在金屬兩側邊，相當于提高了熱輸入，因此增大了熔深，同樣一般情況下，增大坡口間隙會使焊縫熔深增大，當坡口鈍邊間隙不大于0.8mm時，間隙越大，焊縫恪深越大;焊接過程保護采用99.9 %Ar，流量控制在15L/min，激光功率為2-5.5kW，離焦量為0mm，激光前導距離為0mm，焊接電流為240-300A，焊接電壓24.3-26.6V，焊接速度為0.35-lm/min，電弧焊槍傾角45°，焊前對坡口附近進行精細打磨，去除試樣表面殘留的鐵銹等雜質(zhì)，使用丙酮擦拭、清洗試樣，去除殘余油污以確保試樣表面清潔；
[0026]Invar