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CN1106243C - 碳钢的激光束焊接方法 - Google Patents

碳钢的激光束焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳钢的激光束焊接方法，适合于用激光束焊接含碳量不同的碳钢，为了提高被焊区域熔化金属的均匀度，从含碳量较低的碳钢一侧倾斜地向碳钢之间的接头区域施加激光束。当通过这种方法生产制造车轮1时，从由轧制钢板制成的含碳量约为0.1%，由机械结构用碳钢制成的轴衬2的含碳量约为0.2%，以便熔化轮毂3的端部，并使其渗透到被焊区域中。

Description

碳钢的激光束焊接方法
本发明涉及一种对不同含碳量的碳钢的激光束焊接方法。
以前，作为一种对车轮的焊接技术，申请人在申请号为H8-28358的专利申请中披露了这种激光束焊接方法。在这种方法中，为了缩短生产制造时间，达到一定的生产效率，当焊接由轮缘、辐条、轮毂和轴衬四个部件组成的车轮时，例如通过一种激光束焊接方法将轮缘与辐条、辐条与轮毂、轮毂与轴衬相互之间的连接区域焊接在一起，这种焊接方法受热变形或类似因素的影响较小。
顺便说一下，为了获得良好的加工性能或类似的性能，如轮缘、辐条和轮毂或类似件等这些部件是由含碳量低的轧制钢板制成的，而考虑机器结构上的用途，直接承受轮轴载荷的轴衬是由含碳量高的碳钢制成的，并且比轧制钢板硬。在用激光束焊接轮毂和与其含碳量不同的情况下，当垂直于连接区域施加激光束时，就被焊区域来说易于产生变硬区。如图4(A)和4(B)所示，当从图4(A)中的箭头方向垂直于圆柱状的轴衬51和轮毂52之间的连接区域施加激光束，以通过熔化和焊接轴衬5 1的端部而将它们相互连接在一起形成一被焊区域时，就会出现如图4(B)所示的情况。这种情况下，在被焊区域Y中产生了一硬化区C。硬化区C是由这样的原因引起的，即，当在具有较高含碳量钢的一侧施加激光束时，相对于被焊区域的熔化金属就产生了高含碳部分和低含碳部分，通过应用这种快速加热和快速冷却的激光束焊接方法，当焊缝金属凝固时，高含碳量部分留在那里就变成了所说的硬化区。
因此，本发明的目的是提供一种改进了的碳钢激光束焊接方法，当用激光束将具有不同含碳量的不同种类的碳钢焊接在一起时，如将车轮上轮毂和轴衬焊接在一起时，这种焊接方法能防止在被焊接头区域中产生硬化区，以便获得均匀的焊接条件和良好的焊接质量。
为了实现上述目的，本发明的碳钢激光束焊接方法包括在接头区域施加激光束来熔化并焊接具有不同含碳量的碳钢之间的接头区域，其中从含碳量低的碳钢一侧向接头区域倾斜地施加激光束。
当以上述方式从含碳量低的碳钢一侧向接头区域倾斜地施加激光束时，含碳量低的碳钢的端部被熔化并渗透到接头区域中，因而不用填充焊丝或类似物就能形成具有光滑轮廓的被焊区域，并且任何碳元素均广泛分布在被焊区域的熔化金属中，因此增加了被焊区域熔化金属的均匀度，从而防止了硬化区域的产生。
在本发明的一优选实施例中，含碳量低的碳钢是一种轧制钢板；而另一种碳钢是机械结构用碳钢。该轧制钢板包括，如按日本工业标准(以后简称“JIS”)用SPC、SPH、SPAH或类似码表示的钢板，机械结构用碳钢包括如由S20C或类似的JIS码表示的碳钢。
机械结构用碳钢含有0.15％或更多的碳，而轧制钢板含有小于0.15％的碳。本发明的这种激光束焊接方法尤其有效地适用于这种具有不同含碳量的碳钢之间的焊接。
本发明的另一方面，将碳钢的这种激光束焊接方法应用于焊接车轮中轮毂和轴衬或者辐条与轴衬之间的接头区域。通常，车轮的轴衬是由一种含碳量比形成轮毂或辐条的碳钢的含碳量高的碳钢制成的。因此，本发明的激光束焊接用于轮毂和轴衬之间以及辐条与轴衬之间的焊接，其中从轮毂一侧或辐条一侧倾斜地施加激光束。这里，轮毂和轴衬之间的焊接是相对于包括四个部件的轮来进行的，而辐条与轴衬之间的焊接是相对于包括三个部件的轮来进行的。
本发明的上述和其他目的及附带的优点将通过下列详细描述并结合附图而变得清楚明白。
图1是一车轮的平面图，对其应用本发明的激光束焊接方法；
图2是图1所示的车轮各部件的纵向横截面图；
图3(A)和3(B)是本发明激光束焊接方法的放大视图；以及
图4(A)和4(3)是用于说明现有技术中的激光束焊接方法缺点的放大视图。
本发明的激光束焊接方法涉及这样的焊接工艺，即通过这样的焊接工艺能防止在被焊接区域中产生硬化区，并在焊接含碳量不相同的不同种类的碳钢的情况下，增加被焊区域熔化金属的均匀度，这种激光束焊接方法应用于如图1和2所示的车轮1或类似物的焊接中。车轮1由四个部件组成，包括一容纳插入其中的轮轴的轴衬2，一带有与轴衬2相配合的配合孔的轮毂3，一通常呈三角形板的带有与轮毂3相配合的配合开口的辐条4，一围绕辐条4的外周边的轮缘5(？5)。轴衬2和轮毂3之间、轮毂3和辐条4之间、辐条4和轮缘5之间的每一接头部分分别由这种激光束焊接方法来焊接。这些部件中的轴衬2由机械结构用碳钢锻造而成，该碳钢在JIS系统中用S20C或类似代码表示，且含有约0.18％到0.23％的碳。另一方面，轮毂3、辐条4和轮缘5每一部件均是通过挤压成形或边缘成形轧制钢板而成的，该轧制钢板在JIS系统中用SPC、SPH、SPAH或类似代码表示，并含有约0.08％到0.12％的碳。
当用激光束焊接这些部件时所要解决的问题是如何将具有不同含碳量的碳钢焊接在一起。即，在用激光束焊接轴衬2和轮毂3之间的接头区域的情况下，当沿图2中虚线箭头所示的方向向这一接头区域施加激光束时，在被焊区域Y产生如图4(B)所示的硬化区C，如前面提到的那样。所以，在本发明中，沿图2中实线箭头所示的方向施加激光束，以便，焊接接头区域的整个周边，例如，沿其圆周方向进行焊接。如按比例放大的图3(A)中所示，从轮毂3一侧倾斜地向轴衬2和轮毂3之间的接头区域施加激光束，以便以一种使轮毂3的上端熔化而进入接头区域的方式将它们焊接起来。然后，如图3(B)所示，轮毂3的上端和轴衬2的一部分被熔化并互相渗透以便不使用填充焊丝或类似物就能形成具有光滑外形轮廓的被焊区域Y，因而就防止了硬化区的产生。此外，当从含碳量低的轮毂3一侧施加激光束时，促进了熔化金属的均匀性并且改善了熔化金属的延伸性能，以便在凝固时，就收缩应变或类似情况而言获得良好的随动特性。
图中没有显示车轮由三个部件组成的情况，在这种情况下，从含碳量低的辐条一侧，将激光束倾斜地施加到轴衬和辐条之间的接头区域，利用这种方法将辐条的端部焊接到接头区域。这样，在类似于上面所述的被焊区域中就不会产生硬化区。
尽管以优选实施例的方式，如通过举例应用到车轮上的方式描述了本发明，但可以理解的是，本发明的激光束焊接方法通常适合于像车轮一样的任何不同含碳量碳钢之间的焊接。通过从含碳量低的碳钢一侧倾斜地向接头区域施加激光束，在被焊接头区域可防止硬化区的产生，由此提高了焊接质量。
如前所述，在本发明的激光束焊接方法中，当焊接含碳量不同的不同种类的碳钢时，从含碳量低的碳钢一侧向接头区域倾斜地施加激光束。这样，可形成外形光滑的焊接区域，有效地防止了硬化区的产生，因而增加了熔化金属的均匀度。当将本发明的激光束焊接方法应用到车轮的轮毂和轴衬或辐条和轴衬之间的焊接时，车轮的焊接质量得到了提高，因此提高了生产效率。

Claims (4)

1、一种碳钢激光束焊接方法，包括通过向接头区域施加激光束，熔化并焊接所述不同含碳量碳钢之间的接头区域，其特征在于，从含碳量低的碳钢一侧向接头区域倾斜地施加激光束。
2、根据权利要求1所述的碳钢激光束焊接方法，其特征在于，含碳量低的碳钢是一种轧制钢板，而另一种碳钢是机械结构用碳钢。
3、根据权利要求2所述的碳钢激光束焊接方法，其特征在于，所述机械结构用碳钢的含碳量大于或等于0.15％，所述轧制钢板的含碳量小于0.15％。
4、根据权利要求3所述的碳钢激光束焊接方法，其特征在于，这种方法应用于焊接车轮的轮毂和轴衬之间或者辐条和轴衬之间的接头区，从所述轮毂一侧或所述辐条一侧向接头区域倾斜地施加激光束。
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