CN101642845A - 一种钨极混合气体保护焊接方法及以该方法制造的大型箱体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于薄板对接的钨极混合气体保护焊接方法，通过改变其钨针的端部结构以及施焊方法，以达到焊道美观，节约成本的目的；另外，本发明还公开了采用上述方法的一种大型箱体的制作方法，以及该种制作方法制作的大型箱体。

Description

一种钨极混合气体保护焊接方法及以该方法制造的大型箱体

技术领域

本发明涉及一种金属加工方法以及由该方法所制造的产品，尤其涉及一种焊接方法及由该焊接方法所制造的产品。

背景技术

焊接作为产品成型的热加工方法，广泛应用于金属制品制造之中，如，集装箱、车厢等用于物料储存或运输的大型箱体产品，焊接是其主要的成型加工手段。

目前在物流领域中所常用的大型箱体(包括集装箱、车厢等)，其主要结构如图1所示，包括位于其底部的用于承载货物的底架10、位于底架两侧的侧壁11、位于两侧壁顶部的顶壁14、位于其前端的前端框12、位于其后端的后端框13，前端框12的两侧竖直设置有两前角柱120，两前角柱间设置有前墙板121，后端框13的两侧竖直设置有后角柱130，两后角柱130间设置有箱门131；根据具体的装载需要或功能需要箱门131也可以设置在侧壁11上或顶壁14上。上述顶壁14、侧壁11、墙板121、箱门131一般均为板件，在制作中，板件间多采用焊接连接的加工方式。由于侧壁11、顶壁14的尺寸较大，目前标准集装箱上多采用厚度为2mm或1.6mm的Corten钢板通过对接焊接的方式而得到，其采用的焊接方法为C02气体保护焊，这种焊接方法存在如下缺点：1、由于要使用焊丝使得材料成本较高；2、由于要使用焊丝进行填充，易造成飞溅，这既要铲飞溅又造成工作环境的恶劣；3、成型后的焊缝外观较差。

基于上述不利，大型箱体的制造已出现使用钨极惰性气体保护焊的方法，对于厚度在3mm以下的薄板，使用该焊接方法时，利用钨极与工件间产生的电弧的热量熔化母材形成熔池，在惰性气体保护下，熔池冷却结晶后形成焊缝，由于焊接过程中无飞溅，也没有焊渣，省去了焊后清渣工作，同时由于电弧能量集中加之保护气体的冷却作用，焊缝两侧的热影响区宽度较小，工件变形小，焊缝成形美观。这种焊接方式在大型箱体的薄板焊接中也存在一些不足，由于其使用的钨极的端头形式为常用的尖头，(如中国国家机械工业局于99年6月24日发布的《钨极惰性气体保护焊工艺方法》中所列举的如图2A、2B、2C所示的3种形式的端头)这种尖头钨极产生的电弧的辐射范围较窄，因而能量集中，而在实际的薄板对接拼焊时，如图3A所示的情况，由于板材a、b长度过长，基于加工误差等原因，使得板材a、b在焊前拼对时出现局部地方拼对紧密，局部地方拼对间隙较大的不均衡状态，这种情况下用尖头钨极焊接如图3B所示的拼对紧密的地方时，易出现焊透或焊穿的情况，而在焊接如图3C所示的对接间隙较大的地方时又易出现熔深过浅，甚至漏焊的情况。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于，提供一种用于薄板对接的钨极混合气体保护焊接方法，在满足焊接要求的前提下，可使得焊道美观，且节约成本。

一种用于薄板对接的钨极混合气体保护焊接方法，该方法至少包括以下步骤：

步骤1、提供薄板，包括如下步骤：

步骤11、按产品结构要求加工出适配形状的薄板；

步骤12、对所述薄板的焊接边去毛刺，以便能更好对接，使焊接间隙更小；

步骤13、将需要进行焊接连接的两薄板拼对，并进行错边量的调整；

步骤14、调整所述两拼对薄板间的间隙；

步骤2、提供焊接设备，包括如下步骤：

步骤21、提供混合气；该混合气中至少包含有氩气；

步骤22、提供钨极；该钨极为纯钨或活化钨，其端头呈楔型，且其端头顶部为平面结构或线型结构；

步骤3、进行焊接

在同时或先后完成薄板准备和焊接设备准备后，将所述钨极端头对中所述两薄板之间的间隙，且保持所述钨极端头顶部到薄板间的距离为0.5-2mm后，进行施焊操作，施焊中主要的工艺条件为：焊接电压为17～30V；焊接电流为140～350A、焊接速度为0.3～1.2m/min。

在本发明中，所述两拼对薄板间的错边量小于0.3mm。

在本发明中，所述两拼对薄板间的间隙小于1mm。

在本发明中，所述钨极端头为椭圆锥型、圆锥型、棱锥型。

在本发明中，所述钨极端头顶部为平面结构，该平面结构的形状为矩形、圆形、半圆形、长腰形，且该平面结构中相距最远的两点间的间距为0.5-1.5mm。

在本发明中，所述钨极端头顶部为线型结构，该线型结构为直线型，该直线型中相距最远的两点间的距离为0.5-1.5mm。

在本发明中，在施焊中，所述钨极顶端的直线型延展方向与焊缝的延展方向垂直。

在本发明中，在施焊中，其所匹配的混合气体为纯度在99.99％以上的氩气；或氩气与氦气任意比例的混合气；或氩气与氢气的混合，其中其中氩气含量为95％～99％，氢气含量为1％～5％。

在本发明中，在施焊中，其所匹配的混合气体包括有氩气和二氧化碳，其中氩气含量为95％～99％，二氧化碳含量为1％～5％。

在本发明中，在施焊中，其所匹配的混合气体包括有氩气和氧气，其中氩气含量为95％～99％，氧气含量为1％～5％。

在本发明中，在施焊中，所述钨极端头顶部到母材的间距为0.5-2mm，施焊中主要的工艺条件为：焊接电压为17～30V；焊接电流为140～350A、焊接速度为0.3～1.2m/min。

本发明的目的之二在于，提供一种采用上述焊接方法的大型箱体制作方法。

一种使用如权利要求1所述焊接方法的大型箱体制造方法，该方法包括有以下步骤：步骤4、板件拼焊

步骤41、依箱体结构要求加工出矩形的且厚度不大于2mm的侧板和顶板，所述侧板和顶板焊接面的直线度偏差在0.5mm内，且其对角线差小于2mm；

步骤42、对所述侧板和顶板的焊接边去毛刺，以便能更好对接，使焊接间隙更小；

步骤43、将需要进行焊接连接的两顶板和两侧板拼对，并调整错边量使之小于0.3mm，调整间隙量使之小于1mm；

步骤44、将端头呈楔型且其端头的顶部为平面结构或线型结构的钨极的端头对中所述两侧板或顶板之间的间隙，且保持所述钨极端头顶部到板件间的距离为0.5-2mm后，进行施焊操作，施焊中主要的工艺条件为：焊接电压为17～30V；焊接电流为140～350A、焊接速度为0.3～1.2m/min，混合气流量为6～20L/min；

步骤45、重复步骤44，得到完整的由侧板或顶板相互对接拼焊而成的侧壁板或顶壁板；

步骤46、用钨极混合气体保护焊将侧壁板与顶侧粱焊接形成侧壁；

步骤5、箱体组焊

步骤51、在已焊接成型的底架的前后两端分别焊接连接前端框和后端框；

步骤52、用钨极混合气体保护焊将侧壁的两端与箱体前后端同侧的角柱搭接焊接；

步骤53、用钨极混合气体保护焊将顶壁板的两侧与所述顶侧粱搭接焊接。

在本发明中，所述步骤44中所使用的钨极的端头为椭圆锥型、圆锥型、棱锥型；其端头顶部为平面结构，该平面结构的形状为矩形、圆形、半圆形、长腰形。

在本发明中，所述步骤44中所使用的钨极的端头顶部为线型结构，该线型结构为直线形，且该直线结构的中相距最远的两点间的间距为0.5mm-1.5mm。

在本发明中，在实施所述步骤46、步骤52、步骤53的焊接时采用的钨极为顶部为平面结构或半圆球结构的圆柱型棒，或端部为尖锥体的钨极。

在本发明中，所述混合气为纯度为99.99％以上的氩气；或含氩气95％～99％，含二氧化碳为1％～5％的混合气；或含氩气95％～99％，含氢气为1％～5％的混合气；或含氩气95％～99％，氧气为1％～5％的混合气；或含氩气和氦气任一比例的混合气。

在本发明中，所述前端框和所述后端框的四端角处固定焊接有角件。

本发明的目的之三在于，提供一种上述大型箱体制作方法所制作的大型箱体。

一种用如权利要求12所述方法制造的大型箱体，包括有位于底部的底架、分别竖

直固定连接于所述底架前后端的前端框和后端框、位于其两侧的侧壁和位于其顶部的顶

壁，所述侧壁包括有若干相互间对接拼焊连接的侧板和顶侧粱，所述顶壁包括有若干相互间对接拼焊的顶板，所述侧板和/或顶板中至少有两块为高强钢材质。

在本发明中，所述箱体的四端角部固定焊接有角件。

在本发明中，所述的顶板中至少有两块为高强钢材质。

在本发明中，所述材质为高强钢的顶板的厚度为1.0mm-2.0mm。

在本发明中，所述侧板中至少有两块为高强钢材质，所述材质为高强钢的侧板的厚度为1.0mm-2.0mm。

在本发明中，所述高强钢为屈服极限大于450Mpa的高强钢。

在本发明中，所述高强钢的牌号为ZJ700W、domex650MC、domex700MC、domex700W、domex960、docol1500-1700、docol800DP、docol1000DP、docol1200DP、docol1400DP。

本发明的有益效果在于，本发明所阐释用于薄板对接的钨极混合气体保护焊接方法，其焊接电流小，焊接速度快，能耗低，效率高；且本发明中的钨极本身不熔化，焊接时不使用焊丝，因而在焊接过程中不会产生飞溅，不仅可省去焊后人工去除飞溅的程序，降低了人工以及材料成本，且焊道美观。本发明所公开的采用上述焊接方法的大型箱体的制作方法，其成本低，效率高，用改种方法制作的包含有高强钢材料的大型箱体，其焊接外形美观，且相对于同样型号的箱体，由于减小了箱板的尺寸，使得其内部空间增大的同时，自重降低。

附图说明

图1现有技术，通用集装箱结构示意图；

图2A为现有技术一种钨极端头形状示意图；

图2B为现有技术另一种钨极端头形状示意图；

图2C为现有技术又一种钨极端头形状示意图；

图3A为现有技术，薄板拼接焊接的结构示意图；

图3B为图3A的A-A剖面视图；

图3C为图3A的B-B剖面视图；

图4是现有技术，大型箱体侧壁结构示意图；

图5A为本发明一种钨极的结构示意图；

图5B为本发明另一种钨极的结构示意图；

图5C为本发明又一种钨极的结构示意图；

图5D为本发明又一种钨极的结构示意图；

图6为本发明一种集装箱结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步的详细描述。

如图4所示为大型箱体如集装箱、车厢、方仓的侧壁结构，这种侧壁20包括有由若干个如图中所示的侧板202、侧板203、侧板204等相互间对接拼焊而成的侧壁板及与侧壁板相互焊接连接的顶侧粱201，这些侧板均为厚度为1.0mm-2.0mm的薄板，在该侧壁20的制造过程中，首先要进行侧壁板的对接拼焊，其焊接采用钨极混合气体保护焊，其具体实施过程可采用如下程序所界定的原则和步骤进行：

步骤1、提供薄板：

步骤11、按结构要求加工出适配形状的薄板：图4中所示的薄板(即侧板202、侧板203、侧板204等)均为矩形板，这是由集装箱或车厢的结构特点及加工工艺的方便性所决定的，为便于后续加工及保证加工后的成型质量，这些矩形薄板(即图4中侧板202、侧板203、侧板204等)焊接面的直线度偏差应在0.5mm内，且其对角线差小于2mm。

根据一般的机械加工常识可知，薄板也可以采用其他形状，只要这种形状适宜产品的结构要求及制作便易性要求就可以。

步骤12、对薄板的焊接边去毛刺，以便能更好对接，使焊接间隙更小；图4中所示的薄板(即侧板202、侧板203、侧板204等)的焊接边均要去毛刺；

步骤13、将需要进行焊接连接的两薄板拼对，并进行错边量的调整：对于图4所示的情况，在先焊接侧板202和侧板203时，要调整侧板202和侧板203之间的错边量至小于0.3mm。

步骤14、调整所述两拼对薄板间的间隙：对于图4所示的情况，在先焊接侧板202和侧板203时，要调整侧板202和侧板203之间间隙量使之小于1mm。

步骤2、提供焊接设备；

步骤21、提供混合气，所采用的混合气可以是纯度为99.99％以上的氩气；或含氩气95％～99％，含二氧化碳为1％～5％的混合气；或含氩气95％～99％，含氢气为1％～5％的混合气；或含氩气95％～99％，氧气为1％～5％的混合气；或含氩气和氦气任一比例的混合气。

步骤22、提供钨极，所采用的钨极材料为纯钨或含氧化钍、氧化镧、氧化锆、氧化铈等之一的活化钨，钨极的端头呈楔型，且其端头顶部为平面结构或线型结构；图5A、图5B、图5C、图5D分别示出了满足端头呈楔型的钨极构型，其中图5A所示的钨极的端头顶部为直线型构型，该直线型的长度为0.5mm-1.5mm，这种构型的钨极在施焊时，要使其直线型的延展方向与焊缝的延展方向垂直，以保证两焊接母材上所产生的热量基本均等，防止热量过于集中，致使母材被焊穿的情况；图5B、图5C、图5D所示钨极的端头顶部呈平面结构，其目的在于使电弧的辐射范围相对大一些，防止母材被焊穿，因而也要求该平面结构要有一定的面域，即该平面结构中相距最远的两点间的间距为0.5-1.5mm；

由一般的机械常识可知，在保证钨极的端头呈楔型、端头顶部为平面结构或线型结构的前提下，其端头形状可以为椭圆锥型、圆锥型、棱锥型等，其顶部可形成的平面结构可以为矩形、圆形、半圆形、长腰形等。

步骤3、进行焊接：

在同时或先后完上述准备后，将钨极端头对中两薄板之间的间隙，且保持钨极端头顶部到薄板间的距离为0.5-2mm后，进行施焊操作，施焊中主要的工艺条件为：焊接电压为17～30V；焊接电流为140～350A、焊接速度为0.3～1.2m/min。

依上述方法完成两个薄板的焊接后，可以重复进行步骤2进行焊接，将图4中的侧板202、侧板203、侧板204等对接拼焊成一个完整的侧壁板，再将侧壁板与顶侧粱201焊接连接，形成完整的侧壁。根据相同的原理，可以实现厚度为1.0mm-2.0mm的顶板间的对接拼焊，制作成完整的大型箱体的顶壁。

结合图1所示的集装箱的结构，制造大型箱体集装箱、车厢、方仓等时，在完成侧壁11、顶壁14后或同时可以进行底架的制作，完成底架制作后，将前端框12与后端框13分别焊接连接在底架10的两端，而后用钨极混合气体保护焊将侧壁11的两端与箱体前后端同侧的前角柱120与后角柱130搭接焊接，再用钨极混合气体保护焊将顶壁板的两侧与所述顶侧粱搭接焊接。在该过程中所使用的钨极可以是如图2A、2B所示的普通的端部为尖锥体的钨极，或如图2C所示的普通的顶部为半圆球结构的圆柱型棒，或顶部为平面结构的圆柱型棒；当然也可以采用如图5A、5B、5C、5D所示的本发明所阐释的钨极。

上述方法可应用于如图6所示的大型集装箱的制作，该集装箱包括底架30，分别竖直固定连接于所述底架30前后端的前端框33和后端框32，箱体8个端角部焊接有角件(图未示)，在底架30的两侧还包括有竖直于其上的侧壁31，在箱体顶部还包括有顶壁34，侧壁31由11块波纹板与顶侧梁组焊而成，侧壁31所采用的11块波纹板的材质为高强钢材料，其板厚为1.5mm，顶壁34由11块波纹板拼焊而成，其所采用的波纹板的材质同样为高强钢材料，板厚为1.5mm；由于板厚降低，可在满足外部尺寸的前提下，使得其内部尺寸增大，且降低了箱体本身的自重。

以上采用的高强钢材料，其材料屈服极限大于450Mpa，一般的复合此条件的高强钢牌号包括ZJ700W、domex650MC、domex700MC、domex700W、domex960、docol1500-1700、docol800DP、docol1000DP、docol1200DP、docol1400DP，这些高强钢材料均适用上述集装箱侧壁波纹板以及顶壁波纹板，且以上波纹板可选用厚度为1.0-2.0mm的上述高强钢板材。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利的保护范围。

Claims (24)

1、一种用于薄板对接的钨极混合气体保护焊接方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：

步骤1、提供薄板，包括如下步骤：

步骤11、按产品结构要求加工出适配形状的薄板；

步骤12、对所述薄板的焊接边去毛刺，以便能更好对接，使焊接间隙更小；

步骤13、将需要进行焊接连接的两薄板拼对，并进行错边量的调整；

步骤14、调整所述两拼对薄板间的间隙；

步骤2、提供焊接设备，包括如下步骤：

步骤21、提供混合气；该混合气中至少包含有氩气；

步骤22、提供钨极；该钨极为纯钨或活化钨，其端头呈楔型，且其端头顶部为平面结构或线型结构；

步骤3、进行焊接，

在同时或先后完成薄板准备和焊接设备准备后，将所述钨极端头对中所述两薄板之间的间隙，且保持所述钨极端头顶部到薄板间的距离为0.5-2mm后，进行施焊操作，施焊中主要的工艺条件为：焊接电压为17～30V；焊接电流为140～350A、焊接速度为0.3～1.2m/min。

2、如权利要求1所述的一种焊接方法，其特征在于，所述两拼对薄板间的错边量小于0.3mm。

3、如权利要求1所述的一种焊接方法，其特征在于，所述两拼对薄板间的间隙小于1mm。

4、如权利要求1所述的一种焊接方法，其特征在于，所述钨极端头为椭圆锥型、圆锥型、棱锥型。

5、如权利要求1所述的一种焊接方法，其特征在于，所述钨极端头顶部为平面结构，该平面结构的形状为矩形、圆形、半圆形、长腰形，且该平面结构中相距最远的两点间的间距为0.5-1.5mm。

6、如权利要求1所述的一种焊接方法，其特征在于，所述钨极端头顶部为线型结构，该线型结构为直线型，该直线型中相距最远的两点间的距离为0.5-1.5mm。

7、如权利要求6所述的一种焊接方法，其特征在于，在施焊中，所述钨极顶端的直线型延展方向与焊缝的延展方向垂直。

8、如权利要求1-7任一项所述的一种焊接方法，其特征在于，在施焊中，其所匹配的混合气体为纯度在99.99％以上的氩气；或氩气与氦气任意比例的混合气；或氩气与氢气的混合，其中其中氩气含量为95％～99％，氢气含量为1％～5％。

9、如权利要求1-7任一项所述的一种焊接方法，其特征在于，在施焊中，其所匹配的混合气体包括有氩气和二氧化碳，其中氩气含量为95％～99％，二氧化碳含量为1％～5％。

10、如权利要求1-7任一项所述的一种焊接方法，其特征在于，在施焊中，其所匹配的混合气体包括有氩气和氧气，其中氩气含量为95％～99％，氧气含量为1％～5％。

11、如权利要求1-7任一项所述的一种焊接方法，其特征在于，在施焊中，所述钨极端头顶部到母材的间距为0.5-2mm，施焊中主要的工艺条件为：焊接电压为17～30V；焊接电流为140～350A、焊接速度为0.3～1.2m/min。

12、一种使用如权利要求1所述焊接方法的大型箱体制造方法，其特征在于，该方法包括有以下步骤：

步骤4、板件拼焊，包括如下步骤：

步骤41、依箱体结构要求加工出矩形的且厚度不大于2mm的侧板和顶板，所述侧板和顶板焊接面的直线度偏差在0.5mm内，且其对角线差小于2mm；

步骤42、对所述侧板和顶板的焊接边去毛刺，以便能更好对接，使焊接间隙更小；

步骤43、将需要进行焊接连接的两顶板和两侧板拼对，并调整错边量使之小于0.3mm，调整间隙量使之小于1mm；

步骤44、将端头呈楔型且其端头的顶部为平面结构或线型结构的钨极的端头对中所述两侧板或顶板之间的间隙，且保持所述钨极端头顶部到板件间的距离为0.5-2mm后，进行施焊操作，施焊中主要的工艺条件为：焊接电压为17～30V；焊接电流为140～350A、焊接速度为0.3～1.2m/min，混合气流量为6～20L/min；

步骤45、重复步骤44，得到完整的由侧板或顶板相互对接拼焊而成的侧壁板或顶壁板；及

步骤46、用钨极混合气体保护焊将侧壁板与顶侧粱焊接形成侧壁；及

步骤5、箱体组焊，包括如下步骤：

步骤51、在已焊接成型的底架的前后两端分别焊接连接前端框和后端框；

步骤52、用钨极混合气体保护焊将侧壁的两端与箱体前后端同侧的角柱搭接焊接；及

步骤53、用钨极混合气体保护焊将顶壁板的两侧与所述顶侧粱搭接焊接。

13、如权利要求12所述的一种制造方法，其特征在于，所述步骤44中所使用的钨极的端头为椭圆锥型、圆锥型、棱锥型；其端头顶部为平面结构，该平面结构的形状为矩形、圆形、半圆形、长腰形。

14、如权利要求12所述的一种制造方法，其特征在于，所述步骤44中所使用的钨极的端头顶部为线型结构，该线型结构为直线形，且该直线结构的中相距最远的两点间的间距为0.5mm-1.5mm。

15、如权利要求12所述的一种制造方法，其特征在于，在实施所述步骤46、步骤52、步骤53的焊接时采用的钨极为顶部为平面结构或半圆球结构的圆柱型棒，或端部为尖锥体的钨极。

16、如权利要求12-15任一项所述的制造方法，其特征在于，所述混合气为纯度为99.99％以上的氩气；或含氩气95％～99％，含二氧化碳为1％～5％的混合气；或含氩气95％～99％，含氢气为1％～5％的混合气；或含氩气95％～99％，氧气为1％～5％的混合气；或含氩气和氦气任一比例的混合气。

17、如权利要求12所述的一种制造方法，其特征在于，所述前端框和所述后端框的四端角处固定焊接有角件。

18、一种用如权利要求12所述方法制造的大型箱体，包括有位于底部的底架、分别竖

直固定连接于所述底架前后端的前端框和后端框、位于其两侧的侧壁和位于其顶部的顶

壁，所述侧壁包括有若干相互间对接拼焊连接的侧板和顶侧粱，所述顶壁包括有若干相

互间对接拼焊的顶板，其特征在于，所述侧板和/或顶板中至少有两块为高强钢材质。

19、如权利要求18所述的一种大型箱体，其特征在于，所述箱体的四端角部固定焊接

有角件。

20、如权利要求18所述的一种大型箱体，其特征在于，所述的顶板中至少有两块为高

强钢材质。

21、如权利要求20所述的一种大型箱体，其特征在于，所述材质为高强钢的顶板的厚度为1.0mm-2.0mm。

22、如权利要求18所述的一种大型箱体，其特征在于，所述侧板中至少有两块为高强钢材质，所述材质为高强钢的侧板的厚度为1.0mm-2.0mm。

23、如权利要求18-22任一项所述的一种大型箱体，其特征在于，所述高强钢为屈服极限大于450Mpa的高强钢。

24、如权利要求23所述的一种大型箱体，其特征在于，所述高强钢的牌号为ZJ700W、domex650MC、domex700MC、domex700W、domex960、docol1500-1700、docol800DP、docol1000DP、docol1200DP、docol1400DP。

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