CN108817620A - 不锈钢薄板的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不锈钢薄板的焊接方法，包括以下步骤：A、焊前准备；（1）对不锈钢薄板母材表面油污、氧化膜及杂质进行清理；（2）将两块需焊接的母材进行对口装配；（3）对两块母材进行点固焊处理；（4）将气体背保护装置固定安装在点固好的母材背面；（5）对焊缝两侧50mm范围内的母材进行预热；B、焊机及焊枪准备；（1）将氩弧焊机转换到直流氩弧脉冲模式；（2）氩弧焊枪采用12‑14号喷嘴；C、焊接；（1）焊丝选用不锈钢实芯多股复合焊丝；（2）焊枪与焊缝角度为80‑90°，焊丝与焊缝角度为0‑10°；（3）操作手法采用长弧法连续焊；（4）完成焊接。该方法可确保薄板焊接质量，保证焊缝的力学性能和耐蚀性，减少焊接变形与应力。

Description

不锈钢薄板的焊接方法

技术领域

本发明属于焊接工艺技术领域，特别是涉及一种针对板厚在3mm以下的不锈钢薄板的焊接方法。

背景技术

在不锈钢焊接过程中，由于线膨胀系数大、导热率低，会导致焊接变形、高温氧化、应力集中、耐蚀性降低等问题出现。对于不锈钢薄板的焊接，这些问题因板厚的降低而更加突出，使得焊接难度增加，焊缝质量大大降低。

现有的不锈钢薄板焊接工艺有下述两种：

1、焊条电弧焊：不锈钢薄板采用焊条电弧焊进行焊接时，选用直径为2.5 mm及以下规格的焊条进行焊接，依靠渣气联合保护，焊缝能够得到良好保护，避免过度氧化。操作过程中要保证适当的组对间隙，采用小电流，避免击穿焊缝，同时在焊缝接头处打磨干净，避免夹渣。但是电流太小会导致焊条药皮无法完全融化，且容易粘焊条，导致焊缝夹渣气孔较多；电弧不集中，热输入量大，导致变形大、内应力大；焊前组对、焊中打磨要消耗大量的人力、时间，长期使用会大大增加焊接成本，而且焊缝成形较差，焊接质量难以得到保证。

2、常规工艺钨极氩弧焊：采用钨极氩弧焊对不锈钢薄板进行焊接时，选用直径为2.4 mm的实芯焊丝，利用直流正接电源，采取常规工艺措施，焊缝能够成形良好。但是焊缝处热源集中，薄板散热差，导致焊缝处温度较高，氧化严重，易形成蓝紫色甚至灰黑色焊缝，大大降低了焊缝质量，耐蚀性能也降低。

不锈钢线膨胀系数大、导热系数小，对于薄板的焊接，如果选用的工艺不合理，会使得焊缝升温速率极快，焊缝很容易氧化过烧，组织力学性能和耐蚀性降低，焊接变形、应力大。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种不锈钢薄板的焊接方法，该方法对现有的钨极氩弧焊工艺进行彻底改进，成为3mm以下不锈钢薄板焊接的最佳工艺，该方法可确保薄板焊接质量，得到未被氧化的银白色焊缝，保证焊缝的力学性能和耐蚀性，减少焊接变形与应力，有效降低焊接成本和作业人员的劳动强度，便于推广应用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于它包括以下步骤：

A、焊前准备

（1）对不锈钢薄板母材表面油污、氧化膜及杂质进行清理；

（2）将两块需焊接的母材进行对口装配，坡口形状为I型坡口，组对间隙为0mm；

（3）对两块母材进行点固焊处理；点固焊时焊机电源极性采用直流正接，焊接手法采用断弧法操作，焊接电流为90-100A，焊接电压为10-14V，焊接速度为8-10cm/min，点固数量不少于2个，单个点固长度≤15mm；

（4）将气体背保护装置固定安装在点固好的母材背面，并通入氩气；

（5）对焊缝两侧50mm范围内的母材进行预热，预热温度为40-60°；

B、焊机及焊枪准备

（1）将氩弧焊机转换到直流氩弧脉冲模式，极性为正接，基值电流为28-33A，峰值电流为60-70A，占空比为50%，脉冲频率为0.8；起弧时初始电流为30A，熄弧时维弧电流为20A，上坡时间为0s，下坡时间为1s，前气时间为1s，延气时间为15s；

（2）氩弧焊枪采用12-14号喷嘴，采用圆锥形钨极，直径为1.5-2.5mm，钨极伸出长度为10-12mm；氩气瓶用于焊接的氩气流量为30L/min，用于背保护的氩气流量为15L/min；

C、焊接

（1）焊丝选用不锈钢实芯多股复合焊丝，直径为2.4mm以下；

（2）焊枪与焊缝角度为80-90°，焊丝与焊缝角度为0-10°；

（3）焊接过程中，焊接速度为13-16cm/min，焊接电压为12-16V，操作手法采用长弧法连续焊；

（4）完成焊接。

所述步骤A-（1）中，用有机溶剂将二块需焊接母材进行擦拭清洗，去除表面油污；用钢丝刷或电动铣刀对母材相对侧50mm范围内进行清理，去除氧化膜和杂质。

所述步骤A-（3）中，点固焊熔深≤0.8mm。

所述步骤A-（5）中，预热采用氧-乙炔中性焰进行加热。

所述步骤B-（2）中，氩弧焊机的钨极采用铈钨极。

所述步骤C-（1）中，2-3mm厚的母材采用φ2.4mm的焊丝，2mm以下厚的母材采用φ2.0mm、φ1.6mm或φ1.2mm的焊丝。

本发明的有益效果为：

1、该方法对现有的钨极氩弧焊工艺进行彻底改进，成为3mm以下不锈钢薄板焊接的最佳工艺，该方法可确保薄板焊接质量，得到未被氧化的银白色焊缝，保证焊缝的力学性能和耐蚀性，减少焊接变形与应力，有效降低焊接成本和作业人员的劳动强度，便于推广应用。

2、该方法与焊条电弧焊相比，不需要组对间隙，减少焊材消耗量，节约成本；焊接操作非常简单，焊缝成形良好，焊接缺陷大大减小，对焊工水平要求不高；热输入量少，焊接应力小，变形小，焊接过程不需要打磨，大大降低劳动强度，焊接效率相对与焊条电弧焊能够提升一倍。

3、该方法与普通工艺钨极氩弧焊相比，通过研究出的最佳参数和工艺能够大大降低热输入量，减少线能量，焊接过程中焊缝保护良好，降低了焊缝温度，防止高温氧化，得到的组织晶粒细小，力学性能能够大大提高，同时耐蚀性也能得到保证。由于焊接速度的提高直接导致效率加大，节约人工费用。

附图说明

图1为实施例二中母材与气体背保护装置的示意图。

图中：1、保护装置基体；2、氩气凹槽；3、母材。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的说明（如图1所示）。

实施例一

一种不锈钢薄板的焊接方法，它包括以下步骤：

A、焊前准备

（1）对不锈钢薄板母材表面油污、氧化膜及杂质进行清理。用（丙酮或四氯化碳等）有机溶剂将二块需焊接母材进行擦拭清洗，去除表面油污；用钢丝刷或电动铣刀对母材相对侧50mm范围内进行清理，去除氧化膜和杂质（直至露出金属光泽）。

（2）将两块需焊接的母材进行对口装配，坡口形状为I型坡口，组对间隙为0mm（并保证被焊接部位无错边，边缘15mm范围内无缺陷）；组对间隙为0mm能够节约焊材，提高焊接速度和效率，减少热输入量，同时减少需要保护的焊缝面积，使焊缝保护更佳，降低焊缝温度，防止氧化。

（3）对两块母材进行点固焊处理（点固焊的焊接材料、操作手法、焊接工艺与正式焊接相同）；点固焊时焊机电源极性采用直流正接，焊接手法采用断弧法操作（二步操作），焊接电流为90-100A，焊接电压为10-14V，焊接速度为8-10cm/min，点固数量不少于2个（根据母材长度而定），单个点固长度≤15mm。点固焊过程中不需要进行背面气体保护，点固焊熔深≤0.8mm，不加焊丝点固，点固焊缝不进行任何处理，点固具体数量根据母材长度而定。

（4）将气体背保护装置固定安装在点固好的母材背面，并通入氩气。点固完成后正式焊接前气体背保护装置安装完成，并在排除内部空气后进行堵塞，堵塞处流出一点间隙便于气体排出，保证内部气体流通，加快冷却母材焊缝。

（5）对焊缝两侧50mm范围内的母材采用氧-乙炔中性焰进行预热，预热温度为40-60°（去除表面湿气，防止焊缝出现气孔）。

B、焊机及焊枪准备

（1）将氩弧焊机转换到直流氩弧脉冲模式，极性为正接，基值电流为28-33A，峰值电流为60-70A，占空比为50%，脉冲频率为0.8；起弧时初始电流为30A，熄弧时维弧电流为20A，上坡时间为0s，下坡时间为1s，前气时间为1s，延气时间为15s。采用脉冲模式以及上述各参数的设置都是为减少热输入量，降低焊缝温度，防止高温氧化，同时脉冲电流能够有效搅动熔池，防止气孔产生。前气时间1s能够排除开始焊接处空气，起到良好保护作用，焊接收弧时采用二步操作，反复熄弧填满弧坑，防止弧坑裂纹，同时延气时间15s，形成良好保护，降低焊缝温度。

（2）氩弧焊枪采用12-14号喷嘴，采用圆锥形钨极（采用铈钨极），直径为1.5-2.5mm，钨极伸出长度为10-12mm；氩气瓶用于焊接的氩气流量为30L/min，用于背保护的氩气流量为15L/min（氩气纯度≥99.99%）。采用大号喷嘴，加大氩气流量，是为了形成面积更大的焊缝保护圈，对于刚刚凝固的焊缝予以继续保护，同时利用气流加快冷却速度，防止高温氧化。圆锥形钨极便于集中热源，减少熔池范围，减少变形与内应力。

C、焊接

（1）焊丝选用不锈钢实芯多股复合焊丝（所述不锈钢实芯多股复合焊丝选用江苏联捷焊业科技有限公司产品），直径为2.4mm以下。2-3mm厚的母材采用φ2.4mm的焊丝，2mm以下厚的母材采用φ2.0mm、φ1.6mm或φ1.2mm的焊丝。选用江苏联捷焊业科技有限公司的多股复合焊丝代替传统焊丝，能够减少热输入量，提高焊接速度，降低焊缝温度，防止高温氧化。

（2）焊枪与焊缝角度为80-90°，焊丝与焊缝角度为0-10°。焊枪角度80-90°能够提高电弧挺度，集中热源，防止变形与焊接应力，焊丝角度0-10°能够使焊丝和熔滴保护良好，防止污染，减少熔池缺陷。

（3）焊接过程中，焊接速度为13-16cm/min，焊接电压为12-16V，操作手法采用长弧法连续焊（四步操作）。

（4）完成焊接。

在上述步骤完成后，对焊接试样进行了外观检查、射线检测、力学试验：焊缝成形良好，呈现银白色焊缝，表面及根部焊缝未被氧化；RT拍片未见缺陷；力学性能符合ASME锅炉及压力容器规范 第IX卷合格要求。

实施例二

如图1所示，本实施例将对一对规格为400×200×2mm的304不锈钢板进行对接焊，其焊接工艺包括下述步骤：

A、用丙酮将两块母材3进行彻底擦拭，去除机加工时附着于表面的油污；然后用不锈钢丝刷对I型坡口二侧50mm范围进行清理，去除氧化膜和其他杂质，直至露出金属光泽，避免因杂质污染熔池使得焊接过程中出现夹杂、气孔等缺陷。

B、将清理过的母材3放在焊接平台上进行组对，不留间隙，并确保I型坡口无错边，I型坡口边缘15mm范围内母材3表面无任何加工缺陷。

C、将焊机调至“氩弧点焊”，焊接电流调至96A，焊接电压调至13V，电源极性为直流正接，采用断弧操作（二步操作）手法进行点固焊，焊接速度为8-10cm/min，其他工艺参数与正式焊接一致。点固数量为两个，位置为母材3二端，点固长度≤15mm，点固焊熔深为0.6-0.8mm，不加丝点固。所用焊机为北京时代科技股份有限公司生产，型号为手工直流弧焊机ZX7-315。

D、将气体背保护装置的保护装置基体1清理干净，避免污染母材3。将点固好的母材3放在保护装置基体1上，确保I型坡口与图1中氩气凹槽2的中心线位于同一垂直平面内，然后用F钳等夹持装置将母材3固定在保护装置基体1上。将连接氩气瓶的黄铜碰嘴插入氩气凹槽2的一端，待排除中间的空气后，用木塞塞住氩气凹槽2的另外一个端头，堵塞处流出一点间隙便于气体排出，保证内部气体流通，加快冷却母材焊缝，使根部焊缝质量良好。

E、将焊机转换到“氩弧脉冲”模式，极性为直流正接，调节各参数如下：基值电流为30A，峰值电流为68A，占空比为50%，脉冲频率为0.8，起弧时初始电流为30A，熄弧时维弧电流为20A，上坡时间为0s，下坡时间为1s，前气时间为1s，延气时间为15s。

F、氩弧焊枪装上12号喷嘴，采用铈钨极，并削磨成圆锥形，直径为2.5mm，钨极伸出长度为10-12mm。将用于焊接的氩气瓶流量调节为30L/min，用于背保护的氩气瓶流量调节为15L/min，采用高纯氩气，纯度≥99.999%。

G、采用氧-乙炔中性焰对I型坡口两侧50mm范围内进行预热，预热温度为50-60°，去除母材3表面湿气，防止焊缝中出现氢致气孔缺陷。打开两瓶氩气阀门，进行正式焊接。焊接过程中焊枪与焊缝角度为80-90°，焊丝与焊缝角度为0-10°，进行直线焊接，不摆动，采用左焊法，焊接速度为13-16cm/min，焊接电压为12-16V；操作上采用长弧连续焊（四步操作）。焊接收弧时采用二步操作，反复熄弧填满弧坑，防止弧坑裂纹，同时延气时间15s，延长保护环境的时间，形成良好焊后保护，降低焊缝温度，避免收弧处焊缝产生气孔、缩孔等缺陷。

其中焊丝采用“江苏联捷焊业科技有限公司”的气保不锈钢实芯多股复合焊丝，牌号为TP-WS308L，直径为2.4mm。

H、完成上述步骤后，进行外观检查、射线检测、力学性能试验，合格标准参照ASME锅炉及压力容器规范 第IX卷规范要求。

外观检查：焊缝成形良好，呈银白色焊缝，无明显氧化现象，无咬边，余高等符合规范要求。

射线检测：对焊缝进行RT检测，合格，内部无缺陷。

力学性能检测：拉伸试验平均抗拉强度641MPa，大于485MPa，满足使用要求；弯曲试验中二个背弯，二个面弯经过180°弯曲，无裂纹，焊接接头具有良好的塑性和韧性；硬度试验（HV10）焊缝平均硬度值为186，熔合区硬度略低于焊缝，符合要求。晶间腐蚀试验中二个试样无晶间腐蚀迹象，耐蚀性正常。

以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (6)

1.不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于它包括以下步骤：

A、焊前准备

（1）对不锈钢薄板母材表面油污、氧化膜及杂质进行清理；

（2）将两块需焊接的母材进行对口装配，坡口形状为I型坡口，组对间隙为0mm；

（3）对两块母材进行点固焊处理；点固焊时焊机电源极性采用直流正接，焊接手法采用断弧法操作，焊接电流为90-100A，焊接电压为10-14V，焊接速度为8-10cm/min，点固数量不少于2个，单个点固长度≤15mm；

（4）将气体背保护装置固定安装在点固好的母材背面，并通入氩气；

（5）对焊缝两侧50mm范围内的母材进行预热，预热温度为40-60°；

B、焊机及焊枪准备

（1）将氩弧焊机转换到直流氩弧脉冲模式，极性为正接，基值电流为28-33A，峰值电流为60-70A，占空比为50%，脉冲频率为0.8；起弧时初始电流为30A，熄弧时维弧电流为20A，上坡时间为0s，下坡时间为1s，前气时间为1s，延气时间为15s；

（2）氩弧焊枪采用12-14号喷嘴，采用圆锥形钨极，直径为1.5-2.5mm，钨极伸出长度为10-12mm；氩气瓶用于焊接的氩气流量为30L/min，用于背保护的氩气流量为15L/min；

C、焊接

（1）焊丝选用不锈钢实芯多股复合焊丝，直径为2.4mm以下；

（2）焊枪与焊缝角度为80-90°，焊丝与焊缝角度为0-10°；

（3）焊接过程中，焊接速度为13-16cm/min，焊接电压为12-16V，操作手法采用长弧法连续焊；

（4）完成焊接。

2.根据权利要求1所述的不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于：所述步骤A-（1）中，用有机溶剂将二块需焊接母材进行擦拭清洗，去除表面油污；用钢丝刷或电动铣刀对母材相对侧50mm范围内进行清理，去除氧化膜和杂质。

3.根据权利要求1所述的不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于：所述步骤A-（3）中，点固焊熔深≤0.8mm。

4.根据权利要求1所述的不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于：所述步骤A-（5）中，预热采用氧-乙炔中性焰进行加热。

5.根据权利要求1所述的不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于：所述步骤B-（2）中，氩弧焊机的钨极采用铈钨极。

6.根据权利要求1所述的不锈钢薄板的焊接方法，其特征在于：所述步骤C-（1）中，2-3mm厚的母材采用φ2.4mm的焊丝，2mm以下厚的母材采用φ2.0mm、φ1.6mm或φ1.2mm的焊丝。