CN108747018B - 一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法 - Google Patents

一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料连接领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，包括如下步骤：1)将待焊接的钢板分别用两个夹紧平台固定夹紧；2)通过液压缸控制钢板相向运动，使钢板的拼缝间隙为0mm；3)调整液压缸，设定拼缝间隙为负值，同时设定顶锻压力；4)焊接。本发明的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法在提高焊缝质量的同时大幅降低连轧生产线的断带事故率，降低了生产成本。同时，根据本发明方法焊接的奥氏体不锈钢焊缝的强度和塑性完全满足连轧生产线要求，具有很强的实用性。

Description

一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法
技术领域
本发明涉及材料连接领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法。
背景技术
不锈钢冷连轧生产线通过将前后钢卷头尾相连，实现连续化生产，完成带钢轧制后直接进行退火、酸洗、平整等一系列工序，同时焊缝需要直接进行轧制。奥氏体不锈钢焊接性较好，但在设备精度发生下降时，焊缝带钢端面剪切情况变差，焊缝间隙精度下降，焊后焊缝表面出现咬边、缺肉等缺陷，轧制过程中焊缝断裂，影响生产，而频繁更换备件又会造成成本的增加。
因此，需要一种克服或者缓解上述问题，提高焊缝质量的方法。
发明内容
为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法。具体如下：
一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，包括如下步骤：
1)将待焊接的钢板分别用两个夹紧平台固定夹紧；
2)通过液压缸控制钢板相向运动，使钢板的拼缝间隙为0mm；
3)调整液压缸，设定拼缝间隙为负值，同时设定顶锻压力；
4)焊接。
上述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，所述步骤2)中钢板的平行度公差不大于0.1mm。
上述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，所述步骤3)中拼缝间隙设定为-0.5mm至-0.1mm。
上述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，所述步骤3)中顶锻压力设定为10-35KN。
上述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，所述焊接采用的方法为激光焊。
上述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，所述激光焊的激光功率为8-12kW，焊接速度为4.4-12.0m/min。
上述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，所述钢板为304不锈钢、321不锈钢、316不锈钢或347不锈钢。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
本发明的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法能够降低对钢板装配精度的要求，减少焊机备件的更换频次。而且，在提高焊缝质量的同时大幅降低连轧生产线的断带事故率，降低了生产成本。根据本发明方法焊接的奥氏体不锈钢焊缝的强度和塑性完全满足连轧生产线要求，具有很强的实用性。
附图说明
图1为拼缝焊接过程示意图，其中1为左侧钢板，2为右侧钢板，3为左侧夹紧平台，4为右侧夹紧平台，5为夹紧板(左右夹紧平台各有两组夹紧板)，6为左侧夹紧平台连接的可以左右移动的液压缸；
图2为304不锈钢激光焊缝组织。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本发明的目的是通过一定工艺技术手段降低奥氏体不锈钢焊缝质量对设备精度的要求，在保证焊缝质量满足连续轧制要求的同时降低设备维护成本。
本发明中“负拼缝间隙”是指焊接过程中对焊缝端面施加一定大小的顶锻力，其绝对值是开始焊接到最终焊接完成过程中液压缸的进给量。
具体的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，包括如下步骤：
1)将待焊接的钢板分别用两个夹紧平台固定夹紧；
2)通过液压缸控制钢板相向运动，使钢板的拼缝间隙为0mm，平行度公差不大于0.10mm；
平行度公差，即焊缝拼缝间隙公差，是决定焊缝成型的最关键参数。当平行度公差大于0.10mm时会导致焊缝表面下凹、咬边，造成极大的应力集中，在后续轧制塑形变形过程中出现焊缝断裂。
3)调整液压缸，设定拼缝间隙为-0.5mm至-0.1mm，同时设定顶锻压力为10KN-35KN；
当拼缝间隙大于-0.1mm或顶锻压力小于10KN时，本发明的方法将失去负间隙顶锻焊接的优势，效果不明显，其效果与零间隙不施加顶锻力焊接效果类似。
当拼缝间隙小于-0.5mm或顶锻压力大于35KN时对设备负荷太大，且本发明设定的最大进给量已经完全可以满足焊缝成型要求。
4)采用激光焊对钢板进行焊接。
其中，所述激光焊的激光功率为8-12kW，焊接速度为4.4-12.0m/min。
其中，所述待焊接钢板为304不锈钢、321不锈钢、316不锈钢或347不锈钢。
以焊接不同规格的304不锈钢为例，本发明的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法的焊接参数如表1所示。
表1采用本发明方法焊接各规格304不锈钢的焊接参数
带钢厚度/mm 激光功率/kW 焊接速度/m/min 焊缝间隙/mm 顶锻压力/KN
0.6 8 12.0 -0.10 10
0.8 8 11.5 -0.10 10
1.0 12 11.0 -0.10 10
1.2 12 10.6 -0.10 10
1.5 12 9.7 -0.15 14
2.0 12 8.6 -0.15 14
2.5 12 8.0 -0.15 14
3.0 12 7.4 -0.27 20
3.5 12 6.9 -0.27 20
4.0 12 6.3 -0.27 20
4.5 12 5.8 -0.38 28
5.0 12 5.2 -0.38 28
5.5 12 4.7 -0.50 35
6.0 12 4.4 -0.50 35
本发明的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法可以焊接所有规格的(厚度从0.6mm到6.0mm)奥氏体不锈钢，本发明通过采用参数给定负拼缝间隙(-0.5mm至-0.1mm)的方式来保证充足的焊缝金属填充量，调整设备程序设置，焊接过程中液压缸不断电，在焊接过程中带钢有少量的进给，以此来增加焊缝金属的熔化量，避免咬边、缺肉等缺陷。经检测，焊缝的平均抗拉强度达到450MPa以上。
在一个优选的实施方式中，如图1所示，本发明的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法包括如下步骤：
(1)焊接前，钢板1、2被夹紧平台3、4上的夹紧板5固定夹紧；
(2)液压缸6控制钢板1向左平移，使钢板1与2拼缝间隙为0mm(平行度公差不得大于0.10mm)；
(3)开始焊接前调整液压缸6，设定拼缝间隙为某个负值(根据板厚的不同，设置为-0.5mm至-0.1mm)，同时设定好顶锻力；
(4)然后开始焊接，从开始焊接到焊接完成液压缸6的进给量为间隙设定的绝对值。
图2为显微镜下看到的304不锈钢激光焊缝组织，焊缝表面成型良好，无咬边、缺肉等缺陷，轧制过程中不会因应力集中造成带钢撕裂现象，焊缝力学性能可靠，能够满足连轧机连续轧制生产的要求。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
用夹紧板将厚度为0.6mm的304不锈钢钢板固定在夹紧平台上，通过液压缸控制钢板相向运动，使钢板的拼缝间隙为0mm，平行度公差为0.06mm。调整液压缸，设定拼缝间隙为-0.1mm，顶锻压力为10KN。采用8KW激光功率，12m/min焊接速度的参数。焊接完成后，液压缸的进给量为0.1mm。经检测，焊缝的抗拉强度为438MPa。
实施例2
用夹紧板将厚度为6.0mm的321不锈钢钢板固定在夹紧平台上，通过液压缸控制钢板相向运动，使钢板的拼缝间隙为0mm，平行度公差为0.10mm。调整液压缸，设定拼缝间隙为-0.5mm，顶锻压力为35KN。采用12KW激光功率，4.4m/min焊接速度的参数。焊接完成后，液压缸的进给量为0.5mm。经检测，焊缝的抗拉强度为493MPa。
实施例3
用夹紧板将厚度为3.0mm的347不锈钢钢板固定在夹紧平台上，通过液压缸控制钢板相向运动，使钢板的拼缝间隙为0mm，平行度公差为0.07mm。调整液压缸，设定拼缝间隙为-0.27mm，顶锻压力为20KN。采用12KW激光功率，7.4m/min焊接速度的参数。焊接完成后，液压缸的进给量为0.27mm。经检测，焊缝的抗拉强度为500MPa。
实施例4
用夹紧板将厚度为4.0mm的316不锈钢钢板固定在夹紧平台上，通过液压缸控制钢板相向运动，使钢板的拼缝间隙为0mm，平行度公差为0.08mm。调整液压缸，设定拼缝间隙为-0.27mm，顶锻压力为20KN。采用12KW激光功率，6.3m/min焊接速度的参数。焊接完成后，液压缸的进给量为0.27mm。经检测，焊缝的抗拉强度为509MPa。
实施例5-10
按照与实施例1-4相同的方法步骤对不同规格的304不锈钢进行负拼缝间隙焊接，304不锈钢的规格及其对应的焊接参数如表2所示。
表2实施例5-10的技术参数及性能测试结果
Figure BDA0001678240360000061
对比例
太钢冷连轧生产线目前已投产4年，对于300系不锈钢前两年采用的是0焊缝间隙及不施加顶锻压力的激光焊接方法。以304不锈钢为例，采用激光焊进行零拼缝间隙焊接及不施加顶锻压力时，技术参数如表3所示。
表3采用传统激光方法焊接不同规格304不锈钢的技术参数
Figure BDA0001678240360000062
由于奥氏体变形抗力大，对剪刃磨损较为严重，统计平均每月焊接次数为1538次，焊缝断带及开裂次数平均为2.4次，平均使用2月后焊机剪刃磨损导致焊缝精度变差，拼缝平行度公差大于0.03mm时便无法继续焊接生产。
经过本发明的方法改进后钢板拼缝公差极限要求扩大至0.10mm，剪刃更换周期延长至10个月，断带次数平均每月减少了2次，每套剪刃剪切数极限由3000次上升至15000次，具体结果详见表4。由此，本发明的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法与传统方法相比，具有巨大的进步。
表4本发明方法与传统方法实施效果对比
传统方法 本发明方法
统计焊接样本量 38453次 39995次
统计断带次数 60次 7次
焊缝断带及开裂月平均 2.40次 0.27次
每套剪刃剪切数极限 3000次 15000次
剪刃更换周期 2个月一次 10个月一次
拼缝公差极限要求 0.03mm 0.10mm
此外，从经济效益方面来说，通过与传统的方法对比发现，本发明的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法能够降低对钢板装配精度的要求，减少焊机备件的更换频次，从每两个月更换一次剪刃将更换周期延长至10个月，每套剪刃120000元，每年可减少备件成本230.4万元。
每吨奥氏体不锈钢利润以300元/吨计，每次厚规格断带处理用时至少4h，连轧线目前生产每小时至少3卷，每卷以20吨计，处理断带期间损失利润72000元，每次断带炉子酸槽内至少会造成一卷过烧过酸导致的退废，每吨约损失1000元，一卷会导致20000元损失，估算每次断带点炉、灭炉天然气消耗及全线电机待机功耗造成15万元左右损失，每次断带至少损失242000元，以每月减少2次断带计，每年可减少损失至少242000*2*12＝580.8万元。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将待焊接的钢板分别用两个夹紧平台固定夹紧；
2）通过液压缸控制钢板相向运动，使钢板的拼缝间隙为0mm，平行度公差不大于0.1mm；
3）调整液压缸，设定拼缝间隙为-0.5 mm至-0.1 mm，同时设定顶锻压力为10-35KN；
4）焊接。
2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，其特征在于，所述焊接采用的方法为激光焊。
3.根据权利要求2所述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，其特征在于，所述激光焊的激光功率为8-12kW，焊接速度为4.4-12.0m/min。
4.根据权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢负拼缝间隙焊接方法，其特征在于，所述钢板为304不锈钢、321不锈钢、316不锈钢或347不锈钢。
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