激光束埋弧混合焊接厚双相钢

通过激光束埋弧混合焊接，德国汉诺威激光中心和弗劳恩霍夫机床与成型技术研究所（Fraunhofer IWU）成功地将双面钢快速可靠地连接在一起，板材厚度可达30mm。

双相钢：受控热管理保持机械性能

由于优异的机械性能和高耐腐蚀性，双相钢是在极端条件下应用的高性能钢之一。因此，它们常被用于造船、海上平台和管道以及天然气、石油或食品容器。

双相钢的特征在于其组织比例为40%的铁素体和60%的奥氏体。国际法规要求焊接接头中的最低奥氏体含量为30%。为了实现这种结构，科学家们注意控制热量输入，因为这对于所需的冷却时间很重要。冷却时间过长会导致偏析（氮化物和金属间相）以及脆性粗晶粒区。另一方面，过低的冷却时间还会导致低奥氏体的形成。两者都会导致焊缝的机械性能和耐腐蚀性降低。

在板厚20mm的1.4462双相钢上焊接（层；顶部）和埋弧焊（对层；底部）

激光束焊接作为工业焊接生产的替代方案

在已建立的焊接工艺中，有基于填充金属的弧焊工艺，如埋弧焊和气体保护金属弧焊。除了热输入，焊接接头还受到填充金属的积极影响。然而，由于焊接速度低、多层焊接和复杂的焊缝准备，生产率低。相比之下，由于高熔深和焊接速度，激光焊接工艺具有高生产率，但不能满足要实现的微观结构比例的要求。
作为DupLUH项目的一部分，研究人员代表美国钢铁应用研究协会（FOSTA）开发了一种新型工艺，该工艺结合了现有埋弧焊的优点和激光焊工艺的高生产率。该结果可为激光束埋弧焊在厚双相钢工业焊接生产中的应用铺平道路。

激光束埋弧焊实验装置

优异的连接性能和高生产率

科学家们能够在16mm厚的1.4462双相钢上以1m/min的焊接速度进行单层焊接，而无需复杂的焊接准备。焊缝能够满足30%的最小奥氏体含量要求，并且除了优异的强度性能外，在-40°C的试验温度下，还能够达到120 J的高缺口冲击强度。“获得的结果令人印象深刻地表明，激光束埋弧混合焊接，在连接这类具有挑战性的材料并且焊接接头还具有一定要求方面具有很高的生产率。”LZH金属连接和切割小组的研究助理Ing.Rabi Lahdo博士说。

对于20mm厚的双相钢，采用层对层技术开发了两层焊接工艺，无需复杂的焊缝准备。该层采用激光束埋弧焊工艺，焊接速度为0.6m/min。对层采用常规埋弧焊。焊接接头在机械性能和耐腐蚀性方面超过了要求。

板厚16mm、20mm、30mm的1.4462双相钢焊接接头的横截面图像

综合来看，激光束埋弧混合焊接对于厚度达30mm板材的结果是令人信服的。即使在将1.4462双相钢与30mm厚的高钢板连接时，激光束埋弧混合焊接也能以其优点令人信服。采用对位技术可以生产出高质量的焊接接头。随着板材厚度的增加，对生产高质量焊接接头的焊接工艺的要求也随之增加。然而，工程师已经达到了焊缝的要求。焊接接头在-40°C的试验温度下具有约80J的高冲击强度，且耐腐蚀性符合要求。

代表钢铁应用研究协会（FOSTA）参加DupLUH（使用激光束混合焊接连接双相钢）项目的是汉诺威激光中心和弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所。DupLUH在德国联邦经济和气候保护部促进联合工业研究（IGF）计划框架内，通过AiF工业网络获得资金（资金代码20736 BG）。

作者：Rabi Lahdo博士和Lana Sommer博士

来源：荣格-《国际工业激光商情》

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