CN103317214A

CN103317214A - 焊接方法

Info

Publication number: CN103317214A
Application number: CN2013101216649A
Authority: CN
Inventors: 包孔; 盛凯; 杨晓华; 张华军; 刘长虹; 陈志荣
Original assignee: Shanghai Zhenghua Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Shanghai Zhenghua Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明提供了一种焊接方法，被焊接的一组接头分别包括母材以及衬垫板，其中所述一组接头的母材彼此为异种金属，所述一组接头的母材的侧表面彼此相对，且所述衬垫板设置于所述母材的相对一侧的下表面上，该焊接方法包括：将所述母材的侧表面之间的最近距离设定为一预定距离；以及以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接。

Description

焊接方法

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，尤其涉及一种实现起重机的滑轮异种钢实芯焊丝CO₂气体保护焊的技术。

背景技术

滑轮是起重机械的重要构件，传统滑轮制造采取整体锻造方式，成本高昂，现如今采用焊接的方法制造，其中轮毂的材质是低合金高强钢(常用为35CrMo)，腹板材质为普通碳素钢(常用为A709-50-2)，极大地降低了生产成本。传统的焊接制造工艺为半自动药芯焊丝CO₂气体保护焊，由于是异种金属连接，焊前需要预热，焊后需要保温，而且需要控制层间温度，极大增加了工人的焊接劳动强度。同时，由于焊丝为药芯，每完成一道焊缝需要清理焊渣，降低了工作效率，延长了工作时间。

如今，自动化焊接是焊接技术发展的趋势。且滑轮结构规格类同，易于使用自动化焊接实现大规模生产。因此，急需一种适用于滑轮异种钢自动化焊接的技术。

如上所述，滑轮结构采用的两种金属含碳量不同，尤其是低合金高强钢在焊接过程中冷裂和热裂倾向都很严重。同时起重机械中滑轮所使用板材厚度较大，因此需要自动化机器人进行多层多道焊接。由于CO₂电弧的张角较小，打底焊道(即焊道根部)易产生未熔合的缺陷，填充焊道焊缝余高很大、焊缝成形不良，容易在焊道之间产生缺陷。

此外，自动化机器人焊接通常采用实芯焊丝混合气体保护的方式，常用混合气成分为80％Ar和20％CO₂，但是混合气成本较高，束缚了机器人焊接技术的发展。目前工业化生产现场中大量采用的是管道CO₂气体，成本低廉，因此发展机器人实芯焊丝CO₂气体保护焊接技术需求迫切。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明的发明人开发出了一种适用于滑轮异种钢的实芯焊丝CO₂气体保护焊方法。本发明的焊接方法尤其适用于起重机械自动化机器人焊接制造领域。

具体地，本发明提供了一种焊接方法，被焊接的一组接头分别包括母材以及衬垫板，其中所述一组接头的母材彼此为异种金属，所述一组接头的母材的侧表面彼此相对，且所述衬垫板设置于所述母材的相对一侧的下表面上，该焊接方法包括：将所述母材的侧表面之间的最近距离设定为一预定距离；以及以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接。

较佳地，在上述的焊接方法中，所述母材的侧表面为一斜面，使得所述一组接头的母材的侧表面同其下表面相接之处之间形成所述最近距离。

较佳地，在上述的焊接方法中，所述预定距离大于等于6mm。

较佳地，在上述的焊接方法中，所述锯齿形摆动焊丝的方式包括：以预定的摆长、摆幅以及周期摆动焊丝。

较佳地，在上述的焊接方法中，所述一组接头的母材之一的材质为低合金高强度钢，且另一个的材质为碳素钢。

较佳地，在上述的焊接方法中，在以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接的步骤之前，该焊接方法还包括：将所述一组接头预热至180℃；以及在以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接的步骤之后，该焊接方法还包括：进行整体保温，其中保温温度为300～400℃、保温时间为1～2h。

较佳地，在上述的焊接方法中，所述焊丝为实芯焊丝。

较佳地，在上述的焊接方法中，所述以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接采用气体保护焊接，其中保护气体为CO₂气体。

较佳地，在上述的焊接方法中，所述气体保护焊接采用直径为1.2mm的实芯焊丝，且焊接的电流值为250～270A、电压值为29～31V、干伸长为20～22mm、焊接速度为220～300mm/min。

与传统的异种金属焊接、自动化焊接工艺相比，采用实芯焊丝焊接不需要清理焊渣，减少了制造工序；同时气体采用管道CO₂气体，与采用混合气保护相比，降低了生产成本，具有极强的经济效益和使用价值。

此外，本发明还解决了滑轮异种钢焊接过程中容易产生裂纹、机器人打底焊易产生未融合缺陷、填充焊时焊缝成形质量不良、实芯焊丝CO2气体保护焊接飞溅较大等问题。

具体地，本发明通过锯齿形摆动焊丝的方式解决了滑轮异种钢机器人焊接打底焊根部未熔合和填充焊焊缝成形不良的问题。该方法一方面可以避免产生根部缺陷，另一方面可以得到了良好的填充焊焊缝成形效果，保证了滑轮异种钢机器人焊接的质量。此外，滑轮结构采用实芯焊丝CO₂气体保护的方式进行机器人焊接，与采用传统的药芯焊丝CO₂气体保护半自动焊接的方式相比，提高了生产效率，经济效益明显。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1a示出了现有技术的焊接接头标准形式。

图1b示出了本发明的焊接接头标准形式。

图2示出了本发明的焊丝摆动方式。

图3a示出了焊丝不摆动时填充焊焊缝成形示意图。

图3b示出了焊丝根据本发明摆动时填充焊焊缝成形示意图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

图1a示出了现有技术的焊接接头标准形式。在实际生产过程中，被焊接的一组接头分别包括母材1以及衬垫板2。特别是，该一组接头的母材1彼此为异种金属，例如其中之一低合金高强钢(常用为35CrMo，例如用于轮毂)且另一个为普通碳素钢(常用为A709-50-2，例如用于腹板)。如图所示，这一组接头的母材1的侧表面3彼此相对。衬垫板2设置于母材1的相对一侧的下表面上。在图1a所示的现有技术中，母材1的侧表面3为一斜面，使得所述一组接头的母材1的侧表面3同其下表面相接之处之间形成最近距离，特别是在现有技术中该最近距离为3mm。在打底焊过程中，随着焊丝的送进，由于最小电压原理，焊丝与母材起弧的位置既可能在侧壁，也可能在衬垫板。同时由于现有技术中的该最近距离(即间隙)较小，所需焊丝填充量少，熔化的焊丝(液态金属流)将未起弧的位置填充，从而导致打底焊产生焊缝金属与母材未熔合的缺陷。

针对上述问题，本发明对焊接接头形式进行改变，将根部间隙放大至6mm或以上，如图1b所示。

根据本发明的基本原理，本发明的焊接方法主要包括：将所述母材的侧表面之间的最近距离设定为一预定距离；以及以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接。该锯齿形摆动焊丝的焊接方式可以保证在自动化打底焊过程中，电弧在焊道两侧有足够的停留时间，避免焊缝金属与侧壁产生未熔合的缺陷。此外填充焊过程中，由于焊丝摆动，焊缝成形良好，避免了焊道之间产生气孔、未熔合等缺陷。

较佳地，在本发明中，焊丝优选采用实芯焊丝。此外，在所述以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接采用气体保护焊接，其中保护气体优选仅采用CO₂气体。

当利用机器人对实芯焊丝进行焊接时，CO₂气体保护与现有技术的混合气保护相比，最佳的焊接参数区间很小，焊缝成形不良，飞溅较大。针对这些问题，发明人通过大量工艺试验获取了最佳的焊接参数，以得到相对稳定的喷射过渡，在保证焊接效率的基础上将焊缝飞溅控制到最小。例如，优选的焊接参数包括：气体保护焊接采用直径为1.2mm的实芯焊丝，且焊接的电流值为250～270A、电压值为29～31V、干伸长为20～22mm、焊接速度为220～300mm/min。

特别是，本发明可以通过编程的方式实现以锯齿形摆动焊丝的方式进行焊接。该锯齿形摆动焊丝的方式包括以预定的摆长、摆幅以及周期摆动焊丝。图2示出了本发明的焊丝摆动方式的示意图。图中，X轴表示摆动长度，Y轴表示摆动幅度，其中L表示上述锯齿形摆动方式的摆长，A表示上述锯齿形摆动方式的摆幅。

根据一个示例，上述锯齿形摆动方式可以是以摆长L＝6mm，摆幅A＝2mm，以及摆动周期T＝1.2～1.8s进行摆动。这种锯齿形的摆动方式使得焊接电弧在焊道两侧有足够的停留时间，从而确保了焊丝与侧壁以及与衬垫板之间的电弧燃烧，实现了打底焊道焊缝与母材之间的完全熔合。

此外，图3a示出了焊丝不摆动时填充焊焊缝成形示意图。由于CO₂电弧的张角较小，在自动化机器人填充焊接过程中容易形成余高很大的焊缝，如图3a所示，在进行其他焊道填充焊时，容易在位置B处(如图3a所示)产生焊接缺陷，例如气孔和未熔合。

相对地，图3b示出了焊丝根据本发明摆动时填充焊焊缝成形示意图。从图3b中可以看出，相比于现有技术，本发明的摆动式焊接的方式可以获得良好的焊缝成形，焊缝余高很小，保证了焊缝质量。

如以上以讨论过的，滑轮结构通常采用的是低合金高强钢(常用为35CrMo)和普通碳素钢(常用为A709-50-2)，因此在焊接过程中热裂和冷裂倾向严重。为了避免产生焊接裂纹，焊前优选需要预热至180℃。此外，在利用机器人进行多层多道焊接过程中层间温度优选控制在180～300℃。此外，上述的焊接处理之后，优选进行整体保温操作，其中保温温度优选为300～400℃，保温时间优选为1～2h。

作为一个示例，在双腹板滑轮机器人实芯焊丝CO2气体保焊接操作过程中，具体步骤如下：

(1)焊接接头装配

将焊接接头根部装配间隙设定为6mm，按照图1b的形式所示对母材进行装配。

(2)焊前预热及层间温度控制

焊前对工件进行预热，预热温度和层间温度控制在180℃～300℃之间。

(3)实芯焊丝CO₂气体保护机器人焊接参量

焊丝摆动方式为锯齿形摆动，摆动形式如图2所示，摆长L＝6mm，摆幅A＝2mm。采用直径为φ1.2mm的实芯焊丝，电流极性为直流反接，电流值I＝250～270A，电压值U＝29～31V，干伸长L＝20～22mm，焊接速度v＝220～300mm/min。

(4)焊后保温

焊接完成后，对工件进行整体保温，保温温度为300～400℃，保温时间为1～2h。

采用此种焊接方法进行滑轮异种钢机器人实芯焊丝CO2气体保护焊，焊缝成形良好，焊接质量满足滑轮制造要求。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims

1.一种焊接方法，被焊接的一组接头分别包括母材以及衬垫板，其中所述一组接头的母材彼此为异种金属，所述一组接头的母材的侧表面彼此相对，且所述衬垫板设置于所述母材的相对一侧的下表面上，该焊接方法包括：

将所述母材的侧表面之间的最近距离设定为一预定距离；以及

以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接。

2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述母材的侧表面为一斜面，使得所述一组接头的母材的侧表面同其下表面相接之处之间形成所述最近距离。

3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述预定距离大于等于6mm。

4.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述锯齿形摆动焊丝的方式包括：以预定的摆长、摆幅以及周期摆动焊丝。

5.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述一组接头的母材之一的材质为低合金高强度钢，且另一个的材质为碳素钢。

6.如权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，

在以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接的步骤之前，该焊接方法还包括：将所述一组接头预热至180℃；以及

在以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接的步骤之后，该焊接方法还包括：进行整体保温，其中保温温度为300～400℃、保温时间为1～2h。

7.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊丝为实芯焊丝。

8.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述以锯齿形摆动焊丝的方式对所述一组接头进行焊接采用气体保护焊接，其中保护气体为CO₂气体。

9.如权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述气体保护焊接采用直径为1.2mm的实芯焊丝，且焊接的电流值为250～270A、电压值为29～31V、干伸长为20～22mm、焊接速度为220～300mm/min。