CN106112226B - 一种提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法，包括以下步骤：步骤一、将镍含量大于99％的镍带(2)置于不锈钢复合板母材(1)上；步骤二、将焊钉(3)放在焊枪的夹持装置中，把保护瓷环(4)置于敷设镍带(2)的不锈钢复合板母材(1)上，把焊钉(3)插入保护瓷环(4)内并与镍带(2)接触；步骤三、按动电源开关，焊钉(3)自动提升，激发电弧，使焊钉(3)端部和不锈钢复合板母材(1)局部表面熔化，在设定时间达到后，将焊钉(3)自动压入不锈钢复合板母材(1)；待焊缝冷却后，敲碎并清除保护瓷环(4)，焊接完成。该方法提高焊接接头的耐腐蚀性能和抗拉强度，增加焊接的安全性。

Description

一种提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法
技术领域
本发明涉及铁路桥梁施工技术领域，具体而言是一种提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法。
背景技术
为了解决钢桥梁的腐蚀问题，国内使用不锈钢复合板制作铁路桥梁道碴槽，并在不锈钢复合板上用螺柱焊焊接M16～M22的焊钉与混凝土道碴桥面板联为一体。
例如，授权公告号为CN 201344361 Y的实用新型专利中，公开了一种碳钢螺钉与不锈钢基材的连接结构，其采用螺柱焊机焊机制造，通过在碳钢螺钉底部与不锈钢基材表面之间产生电弧，待连接面熔化时迅速施加压力形成一个熔融连接部，完成焊接。
但是，上述方法在螺柱焊接过程中，由于不锈钢和碳钢热物理性能及电磁性能的差异，使母材两侧熔池边缘液态金属的温度有所不同，加上螺柱焊焊接时间很短导致熔池金属的流动性变差，所受的机械搅拌作用和电磁搅拌作用也相对较弱，因此熔池边缘熔化的金属不能与熔化的填充金属充分地混合，于是形成了化学成份不均匀，各类碳化物，氧化物的凝固过渡层，亦称为熔合区。由于对焊缝金属的稀释作用，导致熔合线附近形成铬、镍浓度梯度，当焊缝金属中的奥氏体形成元素的含量降低到一定值时，焊缝熔合区内的奥氏体形成元素不足，从而形成不稳定的奥氏体，影响了不锈钢的耐腐蚀性能。同时在焊钉侧焊接应力作用下，在熔合线周围形成马氏体、贝氏体、魏氏体等组织变得硬而脆，造成焊接接头的抗拉强度下降。
因此，一种能有效地提高焊接接头耐腐蚀性能以及力学性能的方法亟待出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为现有的螺柱焊焊接不锈钢时，焊接接头耐腐蚀性能差且抗拉强度下降。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、将镍带置于不锈钢复合板母材上，所述镍带中镍含量大于99％；所述镍带的厚度为0.1mm～0.3mm，所述镍带为圆形，所述镍带直径比保护瓷环的直径大5mm以上。
步骤二、将焊钉放在焊枪的夹持装置中，把相应直径的保护瓷环置于敷设所述镍带的不锈钢复合板母材上，把焊钉插入所述保护瓷环内并与不锈钢复合板母材上敷设的所述镍带接触。
步骤三、按动电源开关，焊钉自动提升，激发电弧，焊接电流增大，使焊钉端部和所述不锈钢复合板母材局部表面熔化，在设定的电弧燃烧时间达到后，将焊钉自动压入所述不锈钢复合板母材；切断电源，熔化金属凝固，并使焊枪保持不动，让焊缝冷却，焊钉端部表面形成均匀的环状焊缝余高，然后敲碎并清除所述保护瓷环，焊接完成。
所述步骤三中，焊接过程中的参数设置为：电流强度在1300A～2000A，焊接时间为0.7S～1.5S。
所述步骤三中，焊接过程中使用惰性气体保护，所述惰性气体为氩气或氦气或氩气和氦气的混合气体。所述氩气和氦气的混合气体中，氩气占80％-90％，氦气占20％-10％。
为了提高这种方法中螺钉焊接位置的准确性，在步骤一中，使用三个以上的定位卡接件固定所述镍带与所述不锈钢复合板母材的相对位置；在步骤二中，所述保护瓷环的位置由所述定位卡接件卡接固定，并置于敷设镍带的所述不锈钢复合板母材上。
所述定位卡接件包括基板、直立部、卡接部以及吸附定位层。定位卡接件朝向焊接的一侧为内侧，远离焊接的一侧为外侧。所述基板为水平板，在所述基板的外侧端竖直向上设置直立部。所述直立部的一端与所述基板的上表面连接，所述直立部自所述基板竖直向上延伸，所述直立部的另一端在端部向内侧横向延伸形成卡接部。所述直立部的内侧抵触所述镍带的边缘，防止所述镍带横向移动。所述卡接部设置有第一凸起和第二凸起。所述第一凸起自所述卡接部横向朝向内侧的凸出，其抵触在所述保护瓷环的外表面，防止所述保护瓷环相对于所述镍带横向移动。所述第二凸起为自所述卡接部向下的凸出，其抵触在所述镍带的上表面，防止所述镍带竖向移动。所述吸附定位层设置在所述基板的下表面，用于将所述定位卡接件固定在所述不锈钢复合板母材上表面的预定位置。
所述定位卡接件中的基板、直立部、卡接部以及第一凸起和第二凸起为一体成型，所述吸附定位层复合在基板的下表面。
所述定位卡接件为耐高温材料制成，在焊接过程中可反复利用，节约成本。
所述定位卡接件的吸附定位层为压力吸附或静电吸附。
定位卡接件使用时，在步骤一中，首先将所述镍带置于所述不锈钢复合板母材上的预定位置，然后将三个以上的所述定位卡接件设置在所述不锈钢复合板母材上并通过在通过所述定位卡接件的吸附定位层吸附固定在所述不锈钢复合板母材的上表面；并且所述定位卡接件的第二凸起以及所述直立部将所述镍带卡接固定，使其相对于所述不锈钢复合板母材不能移动。在步骤二中，将保护瓷环置于定位卡接件内，第一凸起抵触保护瓷环外表面，限制保护瓷环的水平移动。定位卡接件以此方式保证焊钉焊接位置的准确性。
根据本发明的碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板的方法，由于在不锈钢复合板与焊钉之间增加了一种高镍含量的镍带，通过焊接加热熔化镍带，使得焊缝熔合区内的镍含量提高到8％以上，从而使焊缝形成稳定的奥氏体组织，提高了不锈钢的耐腐蚀性能。与此同时，这种方法也增加了焊接接头的抗拉强度，实验表明，其将焊接接头的抗拉强度提高到300Mpa以上。因此，该方法提高异种钢焊接接头的耐腐蚀性能和抗拉强度，增加焊接的安全性。
此外，由于在焊接过程中使用了定位卡接件，根据本发明的碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板的方法，焊钉焊接位置更加精准，提高了焊接质量。
附图说明
图1为根据本发明的提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法的示意图；
图2为根据本发明的提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法中使用的定位卡接件的结构示意图。
图中：
1——不锈钢复合板母材；
2——镍带；
3——焊钉；
4——保护瓷环；
5——引弧点；
6——定位卡接件；
61——基板；
62——直立部；
63——卡接部；
64——第一凸起；
65——第二凸起；
66——吸附定位层。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明进行具体描述，一种提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、将镍带2置于不锈钢复合板母材1上，镍带2中镍含量大于99％(重量百分比)；镍带2的厚度为0.1mm～0.3mm，镍带2的宽度以及长度均比保护瓷环4的直径大5mm以上。
步骤二、将焊钉3放在焊枪的夹持装置中，把相应直径的保护瓷环4置于敷设镍带2的不锈钢复合板母材1上，把焊钉3插入保护瓷环4内并与不锈钢复合板母材1上敷设的镍带2接触。
步骤三、按动电源开关，焊钉3自动提升，在引弧点5激发电弧，焊接电流增大，使焊钉3端部和不锈钢复合板母材1局部表面熔化，在设定的电弧燃烧时间达到后，将焊钉3自动压入不锈钢复合板母材1；切断电源，熔化金属凝固，并使焊枪保持不动，让焊缝冷却，焊钉3端部表面形成均匀的环状焊缝余高，然后敲碎并清除保护瓷环4，焊接完成。
在步骤三中，焊接过程中的参数设置为：电流强度在1300A～2000A，焊接时间为0.7S～1.5S。
步骤三中，焊接过程中使用惰性气体保护，惰性气体为氩气或氦气或氩气和氦气的混合气体。氩气和氦气的混合气体中，氩气占80％-90％，氦气占20％-10％。
根据本发明的方法与普通焊接方法，对应的焊接接头的化学成分对比参见表1：
表1
由此可见，根据本发明的方法，焊缝熔合区内的镍含量提高到8％以上，从而使焊缝形成稳定的奥氏体组织，提高了不锈钢的耐腐蚀性能。
根据本发明的方法与普通焊接方法，对应的焊接接头的力学性能对比参见表2：
表2
由表2可见，根据本发明的方法，焊接接头的力学性能也得到极大改善，其将焊接接头的抗拉强度提高到300Mpa以上。
根据本发明的方法，多组实验表明，该方法能提高焊接接头的耐腐蚀性能和抗拉强度，增加焊接的安全性，具体数据详见表3：
表3
如图2所示，为了提高这种方法中螺钉焊接位置的准确性，在步骤一中，使用三个以上的定位卡接件6固定镍带2与不锈钢复合板母材1的相对位置；在步骤二中，保护瓷环4的位置由定位卡接件6卡接固定，并置于敷设镍带2的不锈钢复合板母材1上。
定位卡接件6包括基板61、直立部62、卡接部63以及吸附定位层66。定位卡接件6朝向焊接的一侧为内侧，远离焊接的一侧为外侧。基板61为水平板，在基板61的外侧端竖直向上设置直立部62。直立部62的一端与基板61上表面连接，直立部62自基板61竖直向上延伸，直立部62的另一端在端部向内侧横向延伸形成卡接部63。直立部62的内侧抵触镍带2的边缘，防止镍带横向移动。卡接部63设置有第一凸起64和第二凸起65。第一凸起64自卡接部63横向朝向内侧的凸出，其抵触在保护瓷环4的外表面，防止保护瓷环4相对于镍带2横向移动。第二凸起65为自卡接部63向下的凸出，其抵触在镍带2的上表面，防止镍带2竖向移动。吸附定位层66设置在基板61的下表面，用于将定位卡接件6固定在不锈钢复合板母材1的上表面的预定位置。
定位卡接件6中的基板61、直立部62、卡接部63以及第一凸起64和第二凸起65为一体成型，吸附定位层66复合在基板61的下表面。
定位卡接件6为耐高温材料制成，在焊接过程中可反复利用，节约成本。
定位卡接件6的吸附定位层66为压力吸附或静电吸附。
定位卡接件6使用时，在步骤一中，首先将镍带2置于不锈钢复合板母材1上的预定位置，然后将三个以上的定位卡接件6设置在不锈钢复合板母材1上表面并通过定位卡接件6的吸附定位层66吸附固定在不锈钢复合板母材1的上表面；并且通过第二凸起65以及直立部62将镍带2卡接固定，使其相对于不锈钢复合板母材1不能移动。在步骤二中，将保护瓷环4置于定位卡接件6内，第一凸起64抵触保护瓷环4外表面，限制保护瓷环4的水平移动。定位卡接件6以此方式保证焊钉焊接位置的准确性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高碳钢螺柱焊焊接不锈钢复合板耐腐蚀性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、将镍带(2)置于不锈钢复合板母材(1)上，所述镍带(2)中镍含量大于99％；所述镍带(2)的厚度为0.1mm～0.3mm，所述镍带(2)的宽度以及长度均比保护瓷环(4)的直径大5mm以上；
步骤二、将焊钉(3)放在焊枪的夹持装置中，把相应直径的保护瓷环(4)置于敷设所述镍带(2)的不锈钢复合板母材(1)上，把焊钉(3)插入所述保护瓷环(4)内并与不锈钢复合板母材(1)上敷设的所述镍带(2)接触；
步骤三、按动电源开关，焊钉(3)自动提升，激发电弧，焊接电流增大，使焊钉(3)端部和所述不锈钢复合板母材(1)局部表面熔化，在设定的电弧燃烧时间达到后，将焊钉(3)自动压入所述不锈钢复合板母材(1)；切断电源，熔化金属凝固，并使焊枪保持不动，让焊缝冷却，焊钉(3)端部表面形成均匀的环状焊缝余高，然后敲碎并清除所述保护瓷环(4)，焊接完成；
在所述步骤一中，使用三个以上的定位卡接件(6)固定所述镍带(2)与所述不锈钢复合板母材(1)的相对位置；在所述步骤二中，所述保护瓷环(4)的位置由所述定位卡接件(6)卡接固定；
所述定位卡接件(6)包括基板(61)、直立部(62)、卡接部(63)以及吸附定位层(66)；所述定位卡接件(6)朝向焊接的一侧为内侧，远离焊接的一侧为外侧；所述基板(61)为水平板，在所述基板(61)的外侧端竖直向上设置所述直立部(62)；所述直立部(62)的一端与所述基板(61)上表面连接，所述直立部(62)自所述基板(61)竖直向上延伸，所述直立部(62)的另一端在端部向内侧横向延伸形成所述卡接部(63)；所述直立部(62)的内侧抵触所述镍带(2)的边缘，防止所述镍带(2)横向移动；所述卡接部(63)设置有第一凸起(64)和第二凸起(65)；所述第一凸起(64)自所述卡接部(63)横向朝向内侧的凸出，其抵触在所述保护瓷环(4)的外表面，防止所述保护瓷环(4)相对于所述镍带(2)横向移动；所述第二凸起(65)自所述卡接部(63)向下的凸出，其抵触在所述镍带(2)的上表面，防止所述镍带(2)竖向移动；所述吸附定位层(66)设置在所述基板(61)的下表面，用于将所述定位卡接件(6)固定在不锈钢复合板母材(1)的上表面的预定位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤三中，焊接过程中的参数设置为：电流强度在1300A～2000A，焊接时间为0.7S～1.5S。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述步骤三中，焊接过程中使用惰性气体保护，所述惰性气体为氩气或氦气或氩气和氦气的混合气体；所述氩气和氦气的混合气体中，氩气占80％-90％，氦气占20％-10％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述定位卡接件(6)中的所述基板(61)、所述直立部(62)、所述卡接部(63)以及所述第一凸起(64)和所述第二凸起(65)为一体成型；所述吸附定位层(66)复合在所述基板(61)的下表面。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述定位卡接件(6)为耐高温材料制成；所述定位卡接件(6)的吸附定位层(66)为压力吸附或静电吸附。
6.根据权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述的方法，其特征在于：
在所述步骤一中，首先将所述镍带(2)置于所述不锈钢复合板母材(1)上的预定位置，然后将三个以上的所述定位卡接件(6)设置在所述不锈钢复合板母材(1)上并通过所述定位卡接件(6)的吸附定位层(66)吸附固定在所述不锈钢复合板母材(1)的上表面；并且所述定位卡接件(6)的第二凸起(65)以及所述直立部(62)将所述镍带(2)卡接固定，使其相对于所述不锈钢复合板母材(1)不能移动；
在所述步骤二中，将所述保护瓷环(4)置于所述定位卡接件(6)内，所述第一凸起(64)抵触所述保护瓷环(4)外表面，限制所述保护瓷环(4)的水平移动。
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