CN103240511B - 一种用于低碳钢薄板的无弧光焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于低碳钢薄板的无弧光焊接工艺，由下述工艺步骤：步骤(1)：施焊前采用机械处理或化学处理清理待焊表面，去除待焊表面周围10～15mm范围内的油污和铁锈；步骤(2)：采用配以焊剂输送装置的CO2气体保护焊焊机进行焊接；步骤(3)：采用CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝施焊，配以熔炼焊剂对焊接区进行保护。本发明具有实现了CO2气体保护焊和埋弧自动焊这两种焊接方法的优势互补，避免了CO2气体保护焊飞溅大、弧光强的焊接问题，同时又提高了焊接的自动化程度，降低了焊接操作者的劳动强度，改善了工作环境，提高了焊接质量的优点。

Description

一种用于低碳钢薄板的无弧光焊接工艺
技术领域
本发明涉及碳素结构钢的焊接工艺，尤其涉及一种用于低碳钢薄板的无弧光焊接工艺，属于焊接技术领域。
背景技术
碳素结构钢是国内最常用的钢材之一，它具有较好的强韧性，价格低廉，能够胜任大多数对使用性能要求不高的产品，目前已广泛用于锅炉及压力容器制造、造船、重型机械、化工装备、建筑钢结构的生产。CO2气体保护焊由于其成本低、焊缝质量好，生产效率高、适用范围广等优点，是目前焊接碳素结构钢薄板的常用方法，在许多厚度较小的焊接结构生产中已逐渐取代了焊条电弧焊和埋弧自动焊。但CO2气体保护焊焊接时弧光强、飞溅大，特别是工艺参数匹配不当或控制不严格时，飞溅现象更加严重，对焊接操作者的身体健康及生产环境带来了诸多不利影响。
埋弧自动焊是利用熔化电极在颗粒状焊剂保护下产生电弧熔化母材进行焊接的，具有保护效果好、生产效率高等优点。适用于低碳钢、低合金钢等材料的中厚板的自动焊接和堆焊。但埋弧自动焊时焊接电流较大、焊接电弧的电场强度较高。焊接电流小于100A时，电弧稳定性较差，只能焊接中厚板，不能用于焊接薄板。如采用CO2气体保护焊方法焊接碳素结构钢薄板时，配以焊剂（不加CO2保护气体）进行保护，则会大大提高薄板的焊接效率，而且能避免飞溅、弧光等现象，这对于改善焊接生产环境，保证焊接操作者的身体健康具有重要的意义。目前采用CO2气体保护焊工艺进行低碳钢薄板的焊接出现飞溅较大、烟尘多、弧光现象严重等不足。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种用于低碳钢薄板的无弧光焊接工艺，它通过实芯焊丝与保护用焊剂的相互匹配，实现了CO2气体保护焊和埋弧自动焊这两种焊接方法的优势互补，避免了CO2气体保护焊飞溅大、弧光强的焊接问题，同时又提高了焊接的自动化程度，降低了焊接操作者的劳动强度，改善了工作环境，提高了焊接质量的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
焊丝选用CO2气体保护焊实芯焊丝，采用熔炼焊剂对焊接熔池进行保护，通过控制焊接热量输入实现碳素结构钢薄板的无弧光焊接。
一种用于低碳钢薄板的无弧光焊接工艺，由下述工艺步骤组成：
步骤(1)：施焊前采用机械处理或化学处理清理待焊表面，去除待焊表面周围10～15mm范围内的油污和铁锈；
步骤(2)：采用配以焊剂输送装置的CO2气体保护焊焊机进行焊接，焊接工艺参数为：焊接电压35～40V，焊接电流240～350A，焊接速度40～60cm/min，焊接热量输入控制在8～21kJ/cm；
步骤(3)：采用CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝施焊，采用冶金成分相匹配的熔炼焊剂对焊接区进行保护。
所述步骤（1）的机械处理是用钢丝刷将待焊表面及其周围10～15mm处的油污和铁锈清除干净，使其露出金属光泽；所述化学处理是将碳素结构钢的待焊表面及其周围10～15mm处置于酸洗液中浸泡15min～20min，然后用清水将待焊表面洗净，最后烘干。
所述步骤（1）的化学处理用酸洗液是指常规稀硫酸（浓度为30%）或稀盐酸（浓度为10%）或稀硫酸与稀盐酸的体积是以1：2比例相混合的混合溶液。
所述步骤（2）的配以焊剂输送装置的CO2气体保护焊焊机，是将CO2气体保护焊机中保护气体输送装置改为焊剂输送装置，CO2气体保护焊焊机原有的送丝机构保持不变。
所述步骤（3）的CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝直径优选ф1.2mm。
所述步骤（3）的CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝，其熔敷金属的化学成分以质量百分比计为：C0.06%～0.15%,Si0.80%～1.15%,Mn0.90%～1.85%，Cu≤0.5%，S≤0.035%，P≤0.025%，余量为Fe；力学性能为：抗拉强度σb>500MPa,屈服强度σs>420MPa,伸长率δ>22%，0℃冲击吸收功AKV>27J。
所述步骤（3）的熔炼焊剂选用高锰高硅低氟型焊剂，其质量组成成分为：SiO240%～42%,CaF23%～5%,CaO≤6%,MgO5%～8%,MnO32%～38%,Al2O3≤4%,S≤0.06%,P≤0.08%，余量为FeO。
本发明的有益效果：
1本发明采用与CO2气体保护焊实芯焊丝冶金成分相匹配的熔炼焊剂代替CO2气体进行低碳钢薄板焊接区的保护，实现了无弧光CO2气体保护焊。
2采用本发明实现了CO2气体保护焊和埋弧自动焊这两种焊接方法的优势互补，避免了CO2气体保护焊飞溅大、弧光强的焊接问题，同时又提高了焊接的自动化程度，降低了焊接操作者的劳动强度，改善了工作环境，提高了焊接质量。
3采用本发明获得的焊缝金属微观组织观察：无裂纹、疏松，无过烧组织，无淬硬的马氏体组织生成；宏观检验：无未熔合、未焊透、气孔、夹渣等焊接缺陷。获得的焊接接头抗拉强度与母材等强，焊缝金属的室温冲击吸收功大于母材的室温冲击吸收功，能够满足碳素结构钢薄板的使用要求。
4与常规的CO2气体保护焊工艺方法相比，利用本发明焊接碳素结构钢薄板，除了提高焊接生产效率外，由于焊剂的可重复循环利用，使焊接成本降低30%。因此，本发明所述的焊接工艺方法具有成本低、自动化程度高、操作简便、生产成本低、适用性强的特点、便于推广应用。
5与低碳钢常规焊接用H08MnA焊丝相比，本发明采用的焊丝熔敷金属化学成分中硅、锰含量适当提高，可大大提高焊缝的脱氧效果；同时Mn还能与S化合生成MnS，起到有效脱硫的作用，保证了焊缝的强韧性。
6本发明采用高锰高硅低氟型焊剂，主要效果是焊接工艺性良好，焊后脱渣性强；与低碳钢常规焊接用熔炼焊剂相比，焊剂中适当降低了Si含量，减少了Si向焊缝中的过渡，以保证获得高冲击韧性的焊接接头。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
厚度为4mm的Q235B碳素结构钢板的对接焊。
(1)焊接设备
焊接设备采用配以焊剂输送装置的CO2气体保护焊焊机进行焊接。
(2)焊接材料
焊丝采用CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝，保护方法采用熔炼焊剂进行保护，实现Q235B碳素结构钢板的无弧光组合焊接。其中，实芯焊丝熔敷金属的化学成分以质量百分比计：C0.06%,Si0.8%,Mn0.9%，Cu0.3%，S0.03%，P0.02%，Fe97.89%；熔炼焊剂的化学成分以质量百分比计：SiO240%,CaF23%,CaO0%,MgO5%,MnO32%,Al2O34%,FeO15.86%，S0.06%,P0.08%。
(3)焊前准备
焊前用钢丝刷将待焊表面及周边10mm范围内的油污和铁锈清除干净，直至露出金属光泽。
(4)焊接工艺及参数
采用对接I型坡口双面熔透焊，焊接工艺参数为：焊接电流250～280A，焊接电压35V，焊接速度55～60cm/min。
焊后焊缝高度为2mm，宽度为12mm，外观平整光洁，无表面和根部裂纹；X射线检测，接头光片缺陷评定结果等级为Ⅰ级，无未熔合、未焊透、气孔、夹渣等焊接缺陷。获得的焊接接头力学性能为：抗拉强度450MPa，伸长率26%，试验温度0℃的焊缝金属V形缺口冲击吸收功大于28J，能满足使用性能要求。
实施例2：
厚度为8mm的Q235B碳素结构钢板T型接头双面焊。
(1)焊接设备
焊接设备采用配以焊剂输送装置的CO2气体保护焊焊机进行焊接。
(2)焊接材料
焊丝采用CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝，实芯焊丝熔敷金属的化学成分以质量百分比计：C0.15%,Si1.15%,Mn1.85%，Cu0.5%，S0.035%，P0.025%，Fe96.29%；保护方法采用熔炼焊剂进行保护，熔炼焊剂的化学成分以质量百分比计：SiO242%,CaF25%,CaO6%,MgO8%,MnO38%,Al2O30%,FeO0.86%，S0.06%,P0.08%。
(3)焊前准备
焊前用钢丝刷将待焊表面及周边10mm范围内的油污和铁锈清除干净，直至露出金属光泽。
(4)焊接工艺及参数
先对T型接头一侧角焊缝进行焊接，焊接电流300～330A，焊接电压37～38V，焊接速度48～50cm/min。待接头冷却至150～100℃，然后再对接头另一侧进行焊接，焊接电流290～320A，焊接电压37～38V，焊接速度50～54cm/min。
获得的焊接接头成形良好，外观平整光洁，无表面和根部裂纹，无变形；X射线检测，接头光片缺陷评定结果等级为Ⅰ级，无未熔合、未焊透、气孔、夹渣等焊接缺陷。
实施例3：
20g低碳钢管的对接焊，管件的尺寸为Φ100mm×3mm。
(1)焊接设备
焊接设备采用配以焊剂输送装置的CO2气体保护焊焊机进行焊接。
(2)焊接材料
焊丝采用CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝，实芯焊丝熔敷金属的化学成分以质量百分比计：C0.10%,Si0.90%,Mn1.45%，Cu0.30%，S0.03%，P0.02%，Fe97.20%；保护方法采用熔炼焊剂进行保护，熔炼焊剂的化学成分以质量百分比计：SiO241%,CaF24%,CaO5%,MgO7%,MnO36%,Al2O33%,FeO3.88%，S0.05%,P0.07%。
(3)焊前准备
焊前用钢丝刷将待焊表面及周边15mm范围内的油污和铁锈清除干净，直至露出金属光泽；然后将管接头处用细砂轮打磨1mm倒角。
(4)焊接工艺及参数
采用管接头对接焊，焊接电流240～260A，焊接电压38～40V，焊接速度40～45cm/min。
获得的20g管接头成形良好，外观平整光洁，无表面和根部裂纹，无变形；X射线检测，无未熔合、未焊透、气孔、夹渣等焊接缺陷。

Claims (1)

1.一种用于低碳钢薄板的无弧光焊接工艺，其特征是，由下述工艺步骤组成：
步骤(1)：施焊前采用机械处理或化学处理清理待焊表面，去除待焊表面周围10～15mm范围内的油污和铁锈；
所述步骤(1)的机械处理是用钢丝刷将待焊表面及其周围10～15mm处的油污和铁锈清除干净，使其露出金属光泽；所述化学处理是将碳素结构钢的待焊表面及其周围10～15mm处置于酸洗液中浸泡15min～20min，然后用清水将待焊表面洗净，最后烘干；
所述步骤(1)的酸洗液是指浓度为30％的稀硫酸或浓度为10％的稀盐酸或稀硫酸与稀盐酸的体积以1：2比例相混合的混合溶液；
步骤(2)：采用配以焊剂输送装置的CO2气体保护焊焊机进行焊接，焊接工艺参数为：焊接电压38～40V，焊接电流240～260A，焊接速度40～45cm/min，焊接热量输入控制在8～21kJ/cm；所述步骤(2)的配以焊剂输送装置的CO2气体保护焊焊机，是将CO2气体保护焊机中保护气体输送装置改为焊剂输送装置，CO2气体保护焊焊机原有的送丝机构保持不变；
步骤(3)：采用CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝施焊，配以熔炼焊剂对焊接区进行保护；
所述步骤(3)的CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝直径ф1.2mm；
所述步骤(3)的CO2气体保护焊合金结构钢实芯焊丝，其熔敷金属的化学成分以质量百分比计为：C0.10％,Si0.90％,Mn1.45％，Cu0.30％，S0.03％，P0.02％，Fe97.20％；力学性能为：抗拉强度σb>500MPa,屈服强度σs>420MPa,伸长率δ>22％，0℃冲击吸收功AKV>27J；
所述步骤(3)的熔炼焊剂选用高锰高硅低氟型焊剂，其质量组成成分为：SiO241％,CaF24％,CaO5％,MgO7％,MnO36％,Al2O33％,FeO3.88％，S0.05％,P0.07％。
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