一种CR1000／1500HS热冲压成型用钢的窄搭接焊接方法与流程

　　

　　本发明属于带钢焊接技术领域，具体涉及一种cr1000/1500hs热冲压成型用钢的窄搭接焊接方法。

　　背景技术：

　　连续退火线是将带钢焊接起来实现不间断生产的产线，是钢铁企业提高生产效率，降低生产成本的重要工艺技术手段，其广泛应用于冷轧联合生产线领域。窄搭接焊机属于电阻焊，利用电流产生的电阻热效应将压紧与电极之间的被焊工件加热到熔化或塑形状态，使之结合。热冲压成型用钢，由于其合金含量高，碳当量高，焊接后淬硬性强，焊缝热影响区的硬度高，因此其焊接性较差，容易在大张力、高温退火炉发生焊缝断带事故，而通常处理断带需要花费大量的时间、人力成本，前提就是将同种或不同种带钢焊接起来。

　　一般钢厂普遍采用激光焊机来焊接高强钢等合金含量高的钢种，由于激光焊机具备预热与保温的功能装置，相比于激光焊机，窄搭接焊机的价格更低廉，如果能够采用窄搭接焊机来焊接热冲压成型用钢无疑是降低企业生产成本，提高企业经济效益的创新性方法。

　　专利cn105618916b公开了一种980mpa级别冷轧双相钢的焊接方法，从其实施例可以看出，该方法仅适用于980mpa级别的冷轧双相钢之间的相互焊接，未考虑到热冲压成型用钢的焊接，对于生产的钢种具有局限性。同时由于cr1000/1500hs热冲压成型用钢级，其mn、p、si、s元素较高，在焊接时热影响区容易产生淬硬的马氏体组织，裂纹更敏感，所以其焊接性较差。

　　热冲压达到1000mpa级成型用钢经酸洗连轧后要在连续退火生产线上完成退火，最终得到成品。在连续退火生产线上，将后卷带钢头、前卷带钢尾焊接起来，连续生产，是提高生产效率的必要技术手段。电流通过上下层铜合金焊轮，在两层金属之间因电阻和上下电极共同作用下发热形成熔化核心，通电结束同时压力延时释放后，焊件核心凝固就形成焊核。与其他特征区相比，焊核的冲击韧性值最低而硬度最高，这主要是焊核主要由铸造组织以及晶界相组成。cr1000/1500hs级热冲压成型用钢对焊接热输入要求非常严格，焊缝热量过大过小都有影响，过大产生过热，过小易产生淬硬组织。对焊缝热量的精确控制是取得较好焊接效果的关键。焊缝热量是影响焊接质量的关键因素，而连续生产线的快节奏生产特点决定了在线无法检测焊缝热量，以往焊接参数只能通过人工经验设定估测焊核大小，由于经验的不确定性，导致焊接过程频繁出现降速甚至停车问题，严重影响产线的质量稳定性。连续生产线的窄搭接焊工艺在现有操作中完全依赖人工经验。

　　而窄搭接焊属于电阻焊，电阻焊的特性是与焊接钢中的成分如碳当量、带钢尺寸规格有很强的相关性，即不同的钢种、不同的规格将导致焊接参数显著不同。搭接焊的工艺参数又是多参数混合的，涉及电流、压力、速度、搭接量、补偿量，每个参数都对搭接焊质量影响极其显著，参数之间相互搭配也会对焊接参数产生显著影响，人工经验很难把握多参数决定的窄搭接焊焊接参数，从而导致焊接过程中发生降速甚至断带的风险极大。

　　技术实现要素：

　　本发明的目的在于提供一种cr1000/1500hs热冲压成型用钢的窄搭接焊接方法。

　　本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种cr1000/1500hs热冲压成型用钢的窄搭接焊接方法，包括以下步骤：

　　1)按下述公式ⅰ-v计算所得的搭接量、补偿量、焊接速度、焊接压力、焊接电流进行焊接：

　　w＝0.91hⅰ；

　　c＝0.5+0.22hⅱ；

　　v＝18.85-3.7*hⅲ；

　　p＝15+5.2hⅳ；

　　δt＝745+88*hⅴ；

　　式中：w是搭接量，单位为mm；h是两带钢焊后的焊缝厚度；单位为mm；c是补偿量，单位为mm；v是焊接速度，单位为m/min；p是焊接压力，单位为kn；i是焊接电流，单位为a；δt是焊接温度，单位为℃，k、α、β、ε为常数，k/ε取值0.35、α取值-5.55、β取值为0.80；ρ为钢铁的密度，取值7.9g/cm3；ce是不同钢种的焊缝碳当量，ce＝[c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15]*100％，质量百分数；

　　2)利用回归方程分析热冲压成型用钢焊接参数规律，保证两带钢平均厚度与热值指数的趋势呈正比，电流与焊接速度比值i/s和搭接量与带钢厚度之和与压力的比值(l+thick)/p趋势与x轴平行；

　　3)将前卷带钢的带尾和后卷带钢的带头经焊机横切剪剪切，后卷带钢带头长度针对于上下线通道定位为焊机入口摄像头1070～1090mm之间后，焊机入口对中，对中行程±75mm；焊机出口对中后，焊机剪剪切带钢并冲孔，孔距离焊缝80mm，孔直径为15mm。

　　进一步地，所述热冲压成型用钢cr1000/1500hs主要化学成分的质量百分含量为：c：0.09％～0.11％，si：0.33～0.40％，mn：1.65～1.75％，其余为fe及不可避免杂质元素；普通碳钢成分为c：0.01％～0.03％，si：＜0.02％，mn：0.15～0.25％，其余为fe及不可避免杂质元素。

　　进一步地，所述热冲压成型用钢厚度为1.0～2.0mm。

　　将前卷带钢的尾部和后卷带钢的头部经焊机横切剪剪切，保证剪切前后带钢厚度、板形、断面质量良好，通过设定合适的焊接参数，将前卷带钢的尾部和后卷带钢的头部搭接，选用合适的电流、压力、速度，焊轮通过移动框架，对前后搭接的地方进行碾压，得到高强度的焊缝，使带钢能够连续生产。

　　本发明具有以下有益效果：

　　1)本发明将前后剪切后的带钢，进行搭接，通过焊接参数计算公式，计算出恰当的焊接参数，选用合适的搭接量、搭接补偿量、电流、压力、速度，进行焊接，得到高强度的焊缝，使带钢能够连续生产。

　　2)本发明采用低成本的窄搭接焊机来焊接热冲压后屈服强度1000mpa级别的高强钢冷轧钢，是突破了设备极限、产品极限的一种大胆创新实践，利用现有的窄搭接焊机来焊接高级别的马氏体钢与普通带钢，无需对设备进行改造，且达到了企业降本增效的目标。

　　3)本发明通过计算公式确定焊接参数的方式，避免了焊接参数采用人工经验设定的弊端，科学合理地控制了焊接质量，提高了焊缝质量的稳定性。采用本发明能使窄搭接焊达到了一次焊接即满足生产工艺的需求，避免了连续退火生产过程中因焊接出现的停车、降速现象，保证了连续生产的稳定。

　　附图说明

　　图1是本发明实施例1中的合格焊缝形貌图。

　　图2是本发明实施例2中的合格焊缝形貌图。

　　图3是本发明实施例3中的合格焊缝形貌图。

　　图4是本发明实施例3中熔合区域放大图。

　　图5是本发明实施例3退火前焊缝硬度打点测试图。

　　图6是本发明实施例3退火后焊缝硬度打点测试图。

　　图7是本发明实施例3退火前热影响区金相组织图。

　　图8是本发明实施例3退火后热影响区金相组织图。

　　具体实施方式

　　以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

　　实施例1

　　生产品种：cr1000/1500hs冷轧热冲压成型用钢与cr1000/1500hs冷轧热冲压成型用钢规格：1.2*1350mm。

　　带钢采用连续退火生产线上窄搭接焊机进行焊接。

　　焊接工艺过程：带钢头、尾经入口剪剪切，前卷带钢尾部与后卷带钢的头部搭接后进行焊接。

　　焊接工艺：焊接电流为19.5ka；焊接速度为14m/min；焊轮压力为21kn；搭接量为1.1mm；补偿量为0.7mm；焊后碾压轮对焊缝进行修整，碾压力选择为高压，焊接参数符合回归方程热冲压成型用钢焊接参数规律。

　　经上述焊接工艺焊接后的带钢经过连退线的清洗段、活套、加热炉、平整机等，最终生产出cr1000/1500hs连退成品，带钢下线后焊缝质量良好，无裂纹和破损。合格焊缝形貌如图1所示。

　　实施例2

　　生产品种：cr1000/1500hs冷轧热冲压成型用钢与cr1000/1500hs冷轧热冲压成型用钢规格：1.6*1350mm。

　　带钢采用连续退火生产线上窄搭接焊机进行焊接。

　　焊接工艺过程：带钢头、尾经入口剪剪切，前卷带钢尾部与后卷带钢的头部搭接后进行焊接。

　　焊接工艺：焊接电流为20.5ka；焊接速度为13m/min；焊轮压力为23kn；搭接量为1.4mm；补偿量为0.8mm；焊后碾压轮对焊缝进行修整，碾压力选择为高压，焊接参数符合回归方程热冲压成型用钢焊接参数规律。

　　经上述焊接工艺焊接后的带钢经过清洗段、活套、加热炉、平整机组等，最终生产出cr1000/1500hs退火成品，带钢下线后焊缝质量良好，无断带。合格焊缝形貌如图2所示。

　　实施例3

　　生产品种：cr1000/1500hs冷轧热冲压成型用钢与cr1000/1500hs冷轧热冲压成型用钢规格：2.0*1250mm。

　　带钢采用连续连退生产线上窄搭接焊机进行焊接。

　　焊接工艺过程：带钢头、尾经入口剪剪切，前卷带钢尾部与后卷带钢的头部搭接后进行焊接。

　　焊接工艺：焊接电流21.5ka；焊接速度为11m/min；焊轮压力为25kn；搭接量为1.8mm；补偿量为1.0mm；焊后碾压轮对焊缝进行修整，碾压力选择为高压。焊接参数符合回归方程热冲压成型用钢焊接参数规律。

　　经上述焊接工艺焊接后的带钢经过清洗段、活套、加热炉、平整机组等，最终生产出cr1000/1500hs连退成品，带钢下线后焊缝质量良好，无裂纹和破损。合格焊缝形貌如图3所示。

　　通过从横截面观察到的熔核区成型过程，如果焊接质量良好，nugget(熔核区域)会出现，熔核区域只能通过杯凸实验来看到，热量在焊缝停留时间太短，熔核区域会消失。热量在焊缝处过大，熔核区域会消失。

　　沿着焊缝方向看，合格焊缝应当是均匀的，熔合区域(nugget)形成在与母材的厚度中心相一致，如图4所示。

　　焊缝的拉伸试验，证明焊缝的抗拉强度大于母材的抗拉强度。

　　通过退火前后焊缝硬度打点测试，如图5、6所示，说明焊缝退火前的硬度是接近母材的，退火过后高于母材。

　　通过退火前后热影响区金相组织变化，如图7、8所示，说明热影响区和焊缝处组织有较大差别。

　　退火前左边是母材冷轧硬态的纤维状组织，中间热影响区的小等轴晶，右边是焊缝处长大明显的大等轴晶。

　　退火后冷轧硬态的纤维状组织变为小等轴晶，热影响区的小等轴晶长大，右边焊缝处晶粒变得更大。

　　本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。