CN102248297A - 一种电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法 - Google Patents

一种电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法 Download PDF

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本发明公开了一种电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法，包括如下工艺步骤：(1)清除冷(热)轧钢板和不锈钢表面板各自待焊面上的油污；(2)将不锈钢表面板放置在工作台上，在待焊接处两侧相距待焊接处5～10mm处分别放置一隔条，再将冷(热)轧钢板放在隔条上，使冷(热)轧钢板和不锈钢表面板之间预留0.08～0.12mm间隙；(3)使用氧气和惰性气体的混合气体作为保护气体，对冷(热)轧钢板和不锈钢表面板进行激光焊接，使焊缝穿透冷(热)轧钢板并控制焊缝在不锈钢表面板上所达到的深度为不锈钢表面板厚度的1/3～1/2；在焊接过程中，确保不锈钢表面板和冷(热)轧钢板以及隔条夹紧。本发明方法具有不锈钢面板单面无痕、焊缝质量高、组合结构的强度高的特点。

Description

一种电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法
(一)技术领域
本发明属于金属材料焊接工程领域，具体涉及一种金属面板的单面无痕焊接方法，尤其是一种电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法。
(二)背景技术
一种电梯不锈钢面板是由内衬冷轧钢或热轧钢基板以及表面不锈钢板连接而成的复合门板。单面无痕焊接要求在被焊板的一面(一般是背面，即拉丝不锈钢表面或镜面不锈钢表面)在焊接后没有痕迹。
将冷轧钢板作为内侧加强结构，与不锈钢板组合形成的焊接结构可充分利用这两种钢材各自的优点，在保证不锈钢表面优异质感的同时，提高组合结构的强度。目前，电梯不锈钢面板常用的连接方式有两种。
一种是电阻点焊，这种方法存在着面板正面可见焊疤，热影响大，不锈钢的镜面被破坏等缺点。另一种方法是胶接，优点是不锈钢拉丝面或镜面不被破坏，但胶接的强度不够高，易老化，效率极低，且会带来环境污染等问题。
激光焊接技术作为一种新的先进的焊接技术，在各方面显示出良好的应用前景。它是利用高能激光束将接头熔化而结合的技术。
激光焊接技术相对电阻点焊而言具有单面加工双面成形、结合强度高、焊接深度可控、无电极磨损现象、焊接质量稳定、焊接速度快、焊接变形小等特点；相对于胶接而言具有焊接接头强度高、环境友好、焊接效率高等特点。
针对传统的电梯不锈钢面板连接存在的问题，本发明设计了一种新的电梯不锈钢复合面板的焊接方法，以克服上述缺点，获得强度高、表面光洁美观、无痕迹、无缺陷的焊接结构。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种单面无痕、焊缝质量高、组合结构的强度高的电梯不锈钢复合面板的焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法，所述的电梯不锈钢面板是由冷轧钢板或热轧钢板与不锈钢表面板连接而成的复合面板；所述的电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法包括如下工艺步骤：
(1)清除冷轧钢板或热轧钢板和不锈钢表面板各自待焊面上的油污；
(2)将不锈钢表面板放置在工作台上，在待焊接处两侧相距待焊接处5～10mm处分别放置一隔条，再将冷轧钢板或热轧钢板放在隔条上，使冷轧钢板或热轧钢板和不锈钢表面板之间预留0.08～0.12mm间隙；
(3)使用氧气与惰性气体的混合气体作为焊接保护气体，所述混合气体中氧气的体积分数为1～3％，对冷轧钢板或热轧钢板和不锈钢表面板进行激光焊接，通过调整激光工艺参数，使焊缝穿透冷轧钢板或热轧钢板并控制焊缝在不锈钢表面板上所达到的深度为不锈钢表面板厚度的1/3～1/2；在焊接过程中，确保不锈钢表面板和冷轧钢板或热轧钢板以及隔条夹紧。
本发明使用的不锈钢表面板可以是ANSI304、ANSI302等。
本发明使用的冷轧钢板可以是SPCC、DC01、Q235等；热轧钢板可以是SPHC、SS400、Q235等。
进一步，所述的不锈钢表面板厚度为0.6-1.2mm，所述的冷轧钢板或热轧钢板厚度为0.8-1.2mm。
本发明步骤(1)中，可用常规方法对冷轧钢板或热轧钢板和不锈钢表面板进行清洗，如用丙酮、松香水等进行洗涤。
本发明步骤(2)中，利用隔条使冷轧钢板或热轧钢板与不锈钢表面板之间预留了0.08-0.12mm的间隙，这是因为冷轧钢板或热轧钢板的导热性能很好，当无间隙时，其上层钢板熔融的热量极易传导至下层的不锈钢板中，导致下层不锈钢板极易焊透而产生焊痕，且所需的激光功率很大。当板间设置间隙后，层间的间隙形成了热阻，上层板底部的熔融热不会马上传导给下层不锈钢板，此时处于焊接点下的不锈钢板温度不致于过快升温，而是当熔融金属液充满间隙时才传导热量；这时，随着下一个激光脉冲的到来，瞬时输入热量，将上层板与不锈钢板焊接在一起，从而较容易形成底面无痕迹的复合面板。所以本发明在两板之间设置一定的间隙作为热阻层，该间隙层不能太小，太小时热阻作用不明显；间隙也不能太大，过大时，上层板下凹太明显且影响焊接强度。本发明优选控制冷轧钢板或热轧钢板和不锈钢表面板之间的间隙为0.1mm。本发明对于隔条的材质没有要求，只要满足硬质条件即可。
本发明步骤(3)中，使用氧气与惰性气体的混合气体作为焊接气体，其中氧气的体积分数为1～3％，其作用之一是保护镜头；更重要的是可以获得更美观、平整的表面质量，同时对焊接强度有贡献。原因是少量的氧与表层金属反应产生的热量，促使表层温度升高，即表层冷却的减慢使得表层更平整，同时减少了应力，因而有利于焊缝的强度。所述惰性气体为氩气或氦气，优选氩气。
本发明步骤(3)中，在激光焊接过程中，通过控制激光工艺参数(电流、焊接速度、离焦量、脉宽和频率)，来控制热输入量，从而控制焊缝熔深，使焊接接头成形良好，并且在保证强度的情况下使其焊缝背面无焊痕，表面平整光滑。本发明优选使用脉冲激光进行焊接，更优选使用300W的Nd:YAG脉冲激光器，具体推荐所述的激光焊接使用的参数为：激光采用300W Nd:YAG脉冲激光器；激光波长为1.06μm；电流范围为320～380A，脉宽8～10ms，焊接速度为80～120mm/s，频率为4～5Hz，离焦量为-3～+1mm。
本发明步骤(3)中，在焊接过程中，需确保不锈钢表面板和冷轧钢板或热轧钢板以及隔条夹紧。本发明具体推荐如下方法确保不锈钢表面板和冷轧钢板或热轧钢板以及隔条夹紧：在冷轧钢板或热轧钢板上待焊接处放置一滚轮，在焊接过程中，滚轮与焊接头固定连接，保持滚轮距离焊缝熔池5～10mm，使滚轮和激光束同步运动；并在滚轮上施加压力作用于冷轧钢板或热轧钢板上。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本方法是单面加工，可以调节参数保证焊后电梯不锈钢面板表面光滑，无痕迹，无变形，且提高组合结构的强度。不需要打磨、喷粉处理，这样可省掉后续处理工序，既提高了生产效率，又改善了作业环境。重要的是被焊接工件单面无痕，保证了外观质量，极大的提高了经济效益。
2、所需激光器的平均功率低，仅为300W Nd:YAG脉冲激光器，大大降低焊接设备成本。
3、激光焊接热输入集中，加热和冷却速度快，焊缝组织细密，热影响区小，且提高了接头的力学性能。
4、本方法工艺简单，操作便利。
5、本方法是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。
(四)附图说明
图1是本发明实施例1的激光焊叠接接头示意图；
图2是图1的左视图，左侧白底部分是已焊接区，右侧条纹部分是未焊接区；
图3是实施例1中得到的不同板间间隙的焊缝横截面形貌，其中(a)隔条高度(间隙)为0.2mm，(b)隔条高度(间隙)为0.1mm，(c)隔条高度(间隙)为0.05mm；
图中各标号所表示的意义为：1.激光束，2.冷轧钢板或热轧钢板，3.不锈钢表面板，4.隔条，5.不锈钢表面，6.滚轮，7.弹簧，8.聚焦镜。
(五)具体实施方式
下面以具体实施例配合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
采用的焊接形式如图1和图2所示，其中采用1.1mm厚的Q235热轧钢板；不锈钢表面板为1.1mm厚的AISI 304拉丝不锈钢面板；隔条长＝焊缝长度+20mm，比焊缝长的目的是焊后便于拉出，隔条宽＝20mm，隔条材质为ANSI 304不锈钢。
激光焊接前预先确定焊接位置，然后用丙酮、松香水清洗工件；将厚度分别为0.1mm的两个隔条放置在不锈钢表面板上，两个隔条分别位于待焊接处两侧，距离待焊接处8mm，再放上热轧钢板，在热轧钢板表面待焊接处安一滚轮装置，所述的滚轮在垂直方向设置有一可施力的弹簧，所述的滚轮在水平方面通过一直杆与激光器的聚焦镜固定连接，用以控制滚轮和焊缝熔池之间的距离以及确保两者同步运动。
施加压力F＝100～200N在滚轮上，控制滚轮与焊缝熔池相距8mm并与激光束同步运动。根据焊接位置的具体尺寸进行数控编程；焊接气体为氧气和氩气的混合气体(含氧量2％)，气流量为15L/min；用300W脉冲Nd:YAG激光器进行焊接，激光波长为1.06μm；其焊接参数为电流350A，脉宽10ms，频率4Hz，离焦量-1mm，焊接速度100mm/s。
焊后截取焊缝横截面，经化学侵蚀(以10g FeCl3+30ml浓HCl+120ml水配成的溶液作为化学侵蚀剂)，得到试样，在光学显微镜下观察该试样的形貌，如图3(b)所示。拉丝不锈钢表面无任何焊接痕迹，对此时的焊缝表面利用渗透探伤检验，无裂纹和气孔。在此参数下，焊缝熔深为1.53mm，尚有0.67mm厚的不锈钢板未焊透，确保不锈钢外表面无焊痕，平整美观。进行拉伸试验后，测得焊接接头抗剪强度为194MPa，达到了强度要求。
对比实施例1
将隔条厚度由0.1mm改为0.2mm，其他同实施例1。焊后截取焊缝横截面，经化学侵蚀(以10g FeCl3+30ml浓HCl+120ml水溶液作为化学侵蚀剂)，得到试样，在光学显微镜下观察该试样的形貌，如图3(a)所示。
对比实施例2
将隔条厚度由0.1mm改为0.05mm，其他同实施例1。焊后截取焊缝横截面，经化学侵蚀(以10g FeCl3+30ml浓HCl+120ml水溶液作为化学侵蚀剂)，得到试样，在光学显微镜下观察该试样的形貌，如图3(c)所示。
实施例3
将Q235热轧钢板改为Q235冷轧钢板，其他同实施例1。焊后截取焊缝横截面，经化学侵蚀(以10g FeCl3+30ml浓HCl+120ml水溶液作为化学侵蚀剂)，得到试样，在光学显微镜下观察该试样的形貌，如图3(d)所示。
由图3(a)、3(b)、3(c)、3(d)可以看出，当隔板厚度过大时(0.2mm)，焊缝在金属表面板的深度非常浅，连接强度不够；而当隔板厚度过小时(0.05mm)，热阻作用不明显，熔深较大，焊缝质量较差。只有板间间隙选择合适(0.1mm)时，得到的焊缝中几乎不出现气孔和裂纹等缺陷，焊缝质量明显提高。

Claims (6)

1.一种电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法，其特征在于：所述的电梯不锈钢复合面板是由冷轧钢板或热轧钢板与不锈钢表面板连接而成的复合面板；所述的电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法包括如下工艺步骤：
(1)清除冷轧钢板或热轧钢板和不锈钢表面板各自待焊面上的油污；
(2)将不锈钢表面板放置在工作台上，在待焊接处两侧相距待焊接处5～10mm处分别放置一隔条，再将冷轧钢板或热轧钢板放在隔条上，使冷轧钢板或热轧钢板和不锈钢表面板之间预留0.08～0.12mm间隙；
(3)使用氧气和惰性气体的混合气体作为焊接保护气体，所述混合气体中氧气的体积分数为1～3％，对冷轧钢板或热轧钢板和不锈钢表面板进行激光焊接，通过调整激光工艺参数，使焊缝穿透冷轧钢板或热轧钢板并控制焊缝在不锈钢表面板上所达到的深度为不锈钢表面板厚度的1/3～1/2；在焊接过程中，确保不锈钢表面板和冷轧钢板或热轧钢板以及隔条夹紧。
2.如权利要求1所述的电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法，其特征在于：所述的不锈钢表面板厚度为0.6～1.2mm，所述的冷轧钢板或热轧钢板厚度为0.8～1.2mm。
3.如权利要求1所述的电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气或氦气。
4.如权利要求1所述的电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法，其特征在于：所述的激光焊接采用脉冲激光。
5.如权利要求1所述的电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法，其特征在于：所述的激光焊接使用的工艺参数为：激光采用300WNd:YAG脉冲激光器；激光波长为1.06μm；电流范围为320～380A，脉宽8～10ms，焊接速度为80～120mm/s，频率为4～5Hz，离焦量为-3～+1mm。
6.如权利要求1所述的电梯不锈钢复合面板的单面无痕焊接方法，其特征在于：所述步骤(3)通过如下方法确保不锈钢表面板与冷轧钢板或热轧钢板以及隔条夹紧：在冷轧钢板或热轧钢板上待焊接处放置一滚轮，在焊接过程中，滚轮与焊接头固定连接，保持滚轮距离焊缝熔池5～10mm，使滚轮和激光束同步运动；并在滚轮上施加压力作用于冷轧钢板或热轧钢板上。
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