CN108637532A - 一种抗电渣焊接头软化的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗电渣焊接头软化的装置，包括空压机、提升机构、送气管、喷嘴及放置于焊缝两侧一定区域的挡板。一种抗电渣焊接头软化的方法，主要是焊接时空压机通过固定于提升机构上的与空压机相通的送气管及喷嘴向放置于焊缝两侧一定区域的挡板内喷射压缩气体，以提高原焊接软化区的焊后冷却速度，达到提高该区域抗拉强度的目的。本发明通过对焊接热影响区易软化部位实施定向冷却，缩短其焊后高温停留时间，解决了电渣焊焊接接头软化的顽疾。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗电渣焊接头软化的方法及装置，属于焊接技术领域。
背景技术
电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，将填充金属和母材熔化，凝固后形成金属原子间牢固连接。与埋弧焊、气保焊等焊接方法相比，电渣焊因焊接效率高更适用于厚板焊接，特别是厚度大于30mm以上钢板，已广泛应用于船舶、压力容器、高层建筑等领域的大断面结构、圆筒形结构及箱型梁等的焊接。然而，由于电渣焊的热输入较大，一般超过300KJ/cm，故钢板热影响区高温停留时间较长，使得焊缝熔合线附近的粗晶区因晶粒尺寸偏大导致脆性区，同时远离熔合线的一定区域内因长时间高温回火降低了该区域的强度从而在焊接热影响区出现软化区。随着国内外氧化物冶金技术日益成熟，热影响区脆化问题已逐步得到解决，但软化问题至今尚无成熟的技术方案。
所谓焊接热影响区的软化，指的是软化区的硬度低于母材原始硬度，可能导致焊接结构件因强度不足提前失效，直接影响了其安全性和使用寿命。对于如何抑制软化，在目前已公开的相关文献技术中，文献1通过优化钢材的成分体系，使软化区组织中马氏体比例为3~12 %时可抑制软化，但该钢材中易偏析元素Mn、P含量较高，易使坯料产生偏析，增加了炼钢的难度。文献2需优化钢材的成分体系和轧钢工艺，钢材生产过程复杂。文献3通过在线热处理的方法抑制高强铝合金搅拌摩擦焊接头的软化，但需要配置加热及强冷装置，且该方法是对焊接接头进行整体热处理，热处理成本较高。文献4通过在焊接过程中对焊缝进行加速冷却，达到改善焊缝及热影响区组织、细化晶粒的目的，该方法虽对改善热影响区脆化比较有效，但直接对焊缝进行加速冷却，将增大焊缝区温度梯度，从而使焊接残余应力增大，导致焊缝的裂纹敏感性显著增加。
现有技术文献
文献1：CN 103987869A
文献2：CN 100567546A
文献3：CN 104070287A
文献4：CN 106141474A
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种通过对焊接热影响区易软化部位实施定向冷却，缩短其焊后高温停留时间，提高电渣焊接头抗软化的方法及装置。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
抗电渣焊接头软化的装置，包括空压机（5）、提升机构（6）、送气管（8）、喷嘴（9）及放置于焊缝（2）两侧一定区域的挡板（10）。所述空压机（5）通过固定于提升机构（6）上的与空压机（5）相通的送气管（8）及喷嘴（9）向放置于焊缝两侧一定区域的挡板（10）内喷射压缩气体，所述挡板（10）放置在焊缝（2）两侧易软化区域（11）。本装置的送气管（8）可通过三通管接头分成两个支管（12），由两个支管分别对焊缝两侧的易软化区（11）喷射压缩气体。
抗电渣焊接头软化的方法包括以下步骤：
（1）根据母材厚度确定电渣焊焊接接头软化区（11）位置，然后将挡板（10）固定在该区域两侧，软化区距焊缝中心的距离d为d 1 ≤d≤d 2 ，其中d 1 =0.65h-6.9h，d 2 =0.9h-5.9，h为母材厚度；
（2）接通空压机（5）电源使其开始工作，空压机内气体压力不低于0.8MPa；
（3）对母材进行电渣焊，调节挡板（10）内的喷嘴（9）位置使其与熔池处于同一水平高度，然后将送气管（8）通过夹具（7）固定在提升机构（6）上，打开空压机阀门开始向焊缝软化区喷射气体；
（4）焊接过程中通过调节固定于提升机构（6）上的夹具（7）的提升速率使喷嘴（9）位置保持与熔池（3）位置同步，焊接完成后依次关闭空压机阀门及电源。
本方法为便于提升机构（6）与熔池（3）提升速率同步，优选的，可通过设备改造在焊枪提升机构上增加一个用于固定输气管的夹具。
进一步的，本方法中向焊缝软化区喷射气体时，送气管（8）的气体流速为40~80 L/min。
针对本发明焊接方法，具体说明如下：
向焊缝软化区喷射气体的目的是缩短软化区的焊后高温停留时间，本发明通过多次试验表明，当软化区600℃以上的高温停留时间小于50秒时，可抑制该区域的软化，因此需对送气管（8）的气体流速有严格要求，当气体流速小于40 L/min时，气体对软化区的冷却效果不足，无法完全抑制该区域的软化，当气体流速大于80 L/min时，气体对软化区的冷却能力过强，易形成对韧性不利的淬硬组织，且增加了热影响区的温度梯度，使焊后残余应力增加。优选的，送气管（8）的气体流速为50~70 L/min。
与现有技术比较，本发明至少具有以下有益效果：
1）本发明通过对电渣焊接头焊接热影响区易软化部位实施定向冷却，缩短其焊后高温停留时间，解决了电渣焊焊接接头软化的顽疾。
2）本发明通过在线加速冷却的方式对焊缝软化区进行了简便可靠的在线热处理，为生产企业省去了离线热处理工艺，降低成本的同时提高了生产效率。
3）本发明仅对热影响区软化区进行加速冷却，对焊缝及热影响区粗晶区焊接热循环影响较小，不会增加焊缝的残余应力及裂纹敏感性。
附图说明
图1为本发明抗电渣焊接头软化的装置示意简图。
图中：1母材，2焊缝，3熔池，4熔渣，5空压机，6提升机构，7夹具，8送气管，9喷嘴，10挡板，11软化区，12送气支管
具体实施方案
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，并将满足本发明的必要条件的实施例和不满足本发明的必要条件的比较例进行对比。
如图1所示，抗电渣焊接头软化的装置，包括空压机（5）、提升机构（6）、送气管（8）、喷嘴（9）及放置于焊缝（2）两侧一定区域的挡板（10）。所述空压机（5）通过固定于提升机构（6）上的与空压机（5）相通的送气管（8）及喷嘴（9）向放置于焊缝两侧一定区域的挡板（10）内喷射压缩气体，所述挡板（10）放置在焊缝（2）两侧易软化区域（11）。本装置的送气管（8）可通过三通管接头分成两个支管（12），由两个支管分别对焊缝两侧的易软化区（11）喷射压缩气体。
实施例一
选择40mm厚Q345B作为试验母材，母材硬度为152HV10。先按常规电渣焊方法组装完毕，然后在焊缝两侧安装四块挡板，挡板位置为距焊缝中心各19.1 mm和30.1 mm；焊接前接通空压机电源使其开始工作，空压机内气体压力不低于0.8MPa；对母材进行电渣焊，焊接电流为380A，电压为51V，待焊接过程稳定后，调节挡板内的喷嘴位置使其与熔池处于同一水平高度，然后将送气管通过夹具固定在提升机构上，打开空压机阀门开始向焊缝软化区喷射气体，气体流速为45 L/min；焊接过程中通过调节固定于提升机构上的夹具的提升速率使喷嘴位置保持与熔池位置同步，通过安装在软化区的热电偶测试该区域在600℃以上高温停留时间，焊接完成后依次关闭空压机阀门及电源，待焊件冷却后在焊接接头软化区取样测试硬度值。测试结果为：软化区600℃以上高温停留时间为43s，最低硬度值为155 HV10，比母材硬度高3HV10。
实施例二
试验母材及焊接过程同实施例一，仅调节送气管气体流速至70 L/min，测得软化区600℃以上高温停留时间为22s，最低硬度值为161 HV10，比母材硬度高9HV10。
对比例
试验母材同实施例一，按照常规电渣焊方法完成试板焊接，测得软化区600℃以上高温停留时间为382s，最低硬度值为141 HV10，比母材硬度低11HV10。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。本领域的技术人员在本发明构思的启示下对本发明所做的任何变动均落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种抗电渣焊接头软化的装置，包括空压机(5)、提升机构(6)、送气管(8)、喷嘴(9)及放置于焊缝(2)两侧一定区域的挡板(10)。所述空压机(5)通过固定于提升机构(6)上的与空压机(5)相通的送气管(8)及喷嘴(9)向放置于焊缝两侧一定区域的挡板(10)内喷射压缩气体，所述挡板(10)放置在焊缝(2)两侧易软化区域(11)。
2.根据权利要求1所述的一种抗电渣焊接头软化的装置，其特征在于，所述的送气管(8)通过夹具(7)固定在提升机构(6)上，送气管(8)可通过三通管接头分成两个支管(12)，由两个支管分别对焊缝两侧的易软化区(11)喷射压缩气体。
3.一种抗电渣焊接头软化的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)根据母材厚度确定电渣焊焊接接头软化区(11)位置，然后将挡板(10)固定在该区域两侧，软化区距焊缝中心的距离d为d1≤d≤d2，其中d1＝0.65h-6.9h，d2＝0.9h-5.9，h为母材厚度；
(2)接通空压机(5)电源使其开始工作，空压机内气体压力不低于0.8MPa；
(3)对母材进行电渣焊，调节挡板(10)内的喷嘴(9)位置使其与熔池处于同一水平高度，然后将送气管(8)通过夹具(7)固定在提升机构(6)上，打开空压机阀门开始向焊缝软化区喷射气体；
(4)焊接过程中通过调节固定于提升机构(6)上的夹具(7)的提升速率使喷嘴(9)位置保持与熔池(3)位置同步，焊接完成后依次关闭空压机阀门及电源。
4.根据权利要求3所述的一种抗电渣焊接头软化的方法，其特征在于，为便于提升机构(6)与熔池(3)提升速率同步，优选的，可通过设备改造在焊枪提升机构上增加一个用于固定输气管的夹具。
5.根据权利要求3所述的一种抗电渣焊接头软化的方法，其特征在于，送气管(8)的气体流速为40～80L/min。
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