CN109500480A - 一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是针对现有技术在焊接8mm以上不锈钢长直缝时不能采用现有技术中的陶瓷衬垫焊接方法的问题，提供一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，包括以下步骤：S1焊接前清理母材；S2使两块母材焊接侧之间留有宽度为h的缝隙，所述缝隙允许焊丝伸入，点焊固定两块母材；S3陶瓷衬垫固设在母材背面，陶瓷衬垫设有凹槽的表面与母材背面相对设置，两块母材焊接侧之间的缝隙与凹槽沿长度方向对中；S4焊丝伸入两块母材之间的缝隙中，对两块母材进行背部一次成型焊接，然后再进行后续步骤，采用本工艺可采用陶瓷衬垫对厚度在8mm以上的不锈钢母材进行陶瓷衬垫焊接。

Description

一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺

技术领域

本发明涉及不锈钢焊接领域，特别涉及一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺。

背景技术

在进行长的板材对接焊接或者管材纵缝对接焊接时，往往需要对对接处的母材进行坡口加工，这一过程耗时耗力，坡口加工质量较差时还会影响焊接质量，比较影响效率，成本较高。近几年发展的陶瓷衬垫背部保护不开坡口焊接工艺可以很好的解决这个问题，陶瓷衬垫背部保护不开坡口焊接工艺是将两块母材无缝对接，陶瓷衬垫用自带的胶带固定在两块母材的背面，陶瓷衬垫衬托在母材对接处为形成熔池提供稳定的底部基础，再从母材对接处的正面进行焊接，一般陶瓷衬垫的上表面设有凹槽，固定陶瓷衬垫与母材时需要让凹槽与两块母材对接处沿长度方向对中；值得一提的是，在焊接过程中陶瓷衬垫上自带的胶带会受热融化形成黑色物质附着在母材上，这种黑色物质很难用常规的酸洗方法清洗干净。目前陶瓷衬垫背部保护不开坡口焊接工艺主要应用于常见的碳钢焊接中，在造船和钢接结构中的应用较为普遍；但是在对厚度在10mm以上的不锈钢材料进行焊接时，由于不锈钢流动性相比碳钢比较差，同样厚度的板材焊接后不锈钢板材不易焊透的，在焊接不锈钢材料时往往采用CO2焊焊接，当采用CO2焊焊接不锈钢时易出现内部夹渣和焊缝未熔合的缺陷，而且内部焊缝外观也不好看，使不锈钢焊接的焊接质量难以提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术在焊接8mm以上不锈钢长直缝时不能采用现有技术中的陶瓷衬垫焊接方法的问题，提供一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺采用本工艺可采用陶瓷衬垫对厚度在8mm以上的不锈钢母材进行陶瓷衬垫焊接。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，包括以下步骤：

S1焊接前清理母材；

S2使两块母材焊接侧之间留有宽度为h的缝隙，所述缝隙允许焊丝伸入，点焊固定两块母材；

S3陶瓷衬垫固设在母材背面，陶瓷衬垫设有凹槽的表面与母材背面相对设置，两块母材焊接侧之间的缝隙与凹槽沿长度方向对中；

S4焊丝伸入两母材块之间的缝隙中，对两块母材进行背部一次成型焊接，然后再进行后续步骤。

进一步的，在S4步骤中焊接时，采用埋弧焊，进行一道焊接后，进行盖面焊接。

进一步的，在S4步骤中正面焊接完成后，去掉工装和陶瓷衬垫，进行背部清根焊接。

进一步的，所述母材厚度为10-12mm,选用直径D＝4mm的埋弧焊焊丝，在进行S2步骤时两块母材之间的缝隙宽度h＝D±0.5mm或h＝D±0.2mm。

进一步的，S4步骤中焊接电流范围450-470A，电压26-28V，焊接速度为26-28m/h。

进一步的，在S4步骤中焊接时，采用二氧化碳保护焊，焊材使用二保焊药芯焊丝，焊接下一层焊缝之前清理上一层焊缝的焊渣。

进一步的，S2步骤中缝隙宽度h为8-10mm；在S4步骤中焊接时，采用右焊法打底、左焊法盖面，焊接电流为175-200A，电压22-25V，焊接速度为22-30m/h。

进一步的，S3步骤中用一设有衬垫槽的工装固定陶瓷衬垫与母材，陶瓷衬垫设置在衬垫槽内，陶瓷衬垫设有凹槽的表面与工装设有衬垫槽的表面平齐，工装与母材通过点焊固接。

进一步的，工装沿长度方向分成至少两段；S4步骤中焊接一段时间后对工装的上表面的平整度进行校正，保证平整度为0.5mm。

进一步的，所述工装的厚度不小于40mm。

本发明具有以下有益效果：

由于在两块母材间设置有供焊丝伸入的缝隙，母材固定设置在陶瓷衬垫的上方，且两块母材间的缝隙与陶瓷衬垫上设置的凹槽相对设置，因此一方面焊丝可伸入缝隙在缝隙内进行陶瓷衬垫背面焊接，在焊接时，有提供氧气的空间，使母材背部熔合好，解决了不锈钢母材不易焊透的技术问题，另一方面，熔化后的金属进入凹槽内直接形成母材背面的焊缝，并且能够保证焊缝规整以及拥有合适的余高，从而不仅解决了使用陶瓷衬垫焊接时不锈钢材料不易焊透的问题，还能得到良好的焊接质量和外观质量，采用些方法，在焊接前仅做打磨而无需加工特殊形状的坡口，减少焊前的准备工作，提高了效率。

附图说明

图1是本发明不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺用的工装的实施例结构示意图；

图2是本发明实施例中工装、陶瓷衬垫以及母材的连接结构示意图；

图3是埋弧焊实验一中第2组试板焊缝正反面的照片；

图4是埋弧焊实验一中第3组试板焊缝正反面的照片；

图5是埋弧焊实验一中第5组试板焊缝正反面的照片；

图6是埋弧焊实验一中第6组试板焊缝正反面的照片；

图7是二保焊药芯焊丝焊接实验二中第4组试板焊缝正面的照片；

图8是二保焊药芯焊丝焊接实验二中第4组试板焊缝反面的照片。

附图标记说明

1、母材；2、工装；21、衬垫槽；3、陶瓷衬垫。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。

本发明中实施例的一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，包括以下步骤：

S1焊接前，先打磨母材1焊接侧的表面及边缘，使用角向磨光机将坡口内侧及边缘20mm范围内打磨至出现金属光泽，做到无油、无锈、无水分。

S2使两块母材1焊接侧之间留有宽度为h的缝隙，所述缝隙允许焊丝伸入，点焊固定两块母材1。

S3陶瓷衬垫3固设在母材1背面，陶瓷衬垫3设有凹槽的表面与母材1背面相对设置，两块母材1之间的缝隙与所述凹槽沿长度方向对中。

S4焊丝伸入缝隙中，在两块母材1间的缝隙根部进行一道焊接，然后再进行后续步骤。

通过采用上述方法焊接，设置缝隙，将焊丝伸入缝隙在缝隙内进行焊接，可以在母材1背部直接形成焊缝，利用陶瓷衬垫上的凹槽在母材背面形成规整的焊缝，而不需要考虑将整块母材1从正面完全焊透，从而避免了使用常规的陶瓷衬垫3焊接工艺进行焊接时会出现的不锈钢材料不易焊透的问题，实现通过陶瓷衬垫3背面保护不开坡口的方式焊接不锈钢，在准备阶段可以仅做打磨，减少焊前的准备工作，提高了工作效率。

优选的，在S4步骤中焊接时，采用埋弧焊，进行一道焊接后，进行盖面焊接。采用埋弧焊的方式进行焊接，可以保证较好的外观，成本较低，综合效果较佳。优选的，在S4步骤中焊接时，正面焊接完成后，去掉工装2和陶瓷衬垫3，背部打磨清根后继续用埋弧焊焊接背面至结束，焊接前背部清根2-3mm深度，可以保证焊缝背面的美观。

在采用埋弧焊焊接厚度为10～12mm的不锈钢时，优选使用直径D＝4mm的埋弧焊焊丝，在S2步骤中保证两块母材1之间的缝隙宽度h和埋弧焊焊丝直径为D满足h＝D±0.5mm的关系，优选h＝D±0.2mm，使焊丝与母材1间缝隙的宽度相当，当缝隙宽度大于焊丝直径而小于焊丝直径加0.5mm时焊丝融化后填满缝隙，但不会因为缝隙过大造成焊丝与母材1接触不实造成焊接回流不稳定的问题；当缝隙宽度小于焊丝直径且大于等于焊丝直径减0.5mm时焊丝使母材1融化变形使缝隙增大，因此焊丝仍可进入底部，不会因为缝隙过小造成焊丝无法伸入缝隙底部的情况出现，从而保证能够始终形成稳定的焊接回路，并且有助于提高焊缝的强度，保证焊缝的外观。本发明中，由于当缝隙的宽度小于焊丝的直径但母材受热融化焊丝仍可进入到缝隙内，种情况也看作是缝隙允许焊丝伸入的情况。

通过实验一对埋弧焊的焊接电流对焊缝的影响进行对比分析，实验一用母材1为常用的不锈钢钢板；板材材质06Cr19Ni10，规格：600mm×125mm×10mm，12块板材中两个为一组分别编号为1、2、3、4、5、6组。试验用焊材为常用埋弧焊焊丝；ER308L，焊丝直径为4mm，选用焊剂HJ107。试验陶瓷衬垫3为宜兴市盛晨耐火制品有限公司公司生产的SC-A3型号陶瓷衬垫3。焊接设备使用市面上常见的逆变埋弧焊机。实验一的实验条件如表1所示，实验结果表2和图3-6所示。其中1、4号试板因为电流过大，焊接后基本没法熔合形成完整焊缝，因为焊接接触不好，焊缝出现好几处焊塌陷和背部余高过高，因此得出结论使用相对的大电流焊接时对于此工艺不太适用。2、3号板在进行探伤检测时发现焊缝出现明显缺陷，母材塌陷，背部余高过高，其出现缺陷的原因是焊接电流过大,而且衬垫与母材背部粘合不紧凑。5、6号试板的焊缝情况良好。因此可以分析得出，在采用埋弧焊焊接时，优选在S4步骤中保证焊接电流范围在450-470A，电压范围在26-28V、焊接速度为26-28m/h时焊接效果最好。通过这样的焊接电流、电压和速度可以保证焊缝的外观和质量，有助于形成美观的焊缝，而且可以避免电流过大造成温度过高影响材料本身性能。

在上述实验的基础上做了进一步的实验，对不同装配间隙下的焊接情况进行比较，发现，当电流范围在450-470A，电压范围在26-28V、焊接速度为26-28m/h时，两个母材间的间隙为h＝D±0.5mm时，都可得到良好的焊接质量，其焊接后的焊缝参照图5和图6，具体焊接参数如下：

优选的，在上述S4步骤中，还可以采用二氧化碳保护焊，焊材使用二保焊药芯焊丝，焊接下一层焊缝之前清理上一层焊缝的焊渣。采用药芯焊丝有药皮做内外表面的保护作用，这样使焊缝处于和焊条电弧焊一样的保护状态，焊后高温金属不是直接和空气接触，焊缝的氧化情况得到很好地改善。药芯焊丝还可以补偿一些烧损的合金元素，使焊缝的内部质量得到很好地保证。药芯焊丝还可以解决焊后试板表面飞溅的情况，降低飞溅颗粒对试板表面外观的影响，外观美观。

通过实验二对二保焊药芯焊丝焊接电流、焊法以及缝隙宽度对焊缝的影响进行对比分析，实验二用母材1材质06Cr19Ni10，规格规格：600mm×125mm×10mm，试验用焊材为二保药芯心焊丝：ER308LT1-1，焊丝直径保护气体：二氧化碳(99.99％)。试验陶瓷衬垫3为宜兴市盛晨耐火制品有限公司公司生产的SC-A3型号陶瓷衬垫3。

实验二的实验条件如表3所示，根据实验结果分析，通过1、4组之间的对比，2、5组之间的对比，以及3、6组之间的对比的情况能够看出药芯焊丝采用左焊法时焊缝的外观要比右焊法美观，在实际焊接过程中可以采用打底右焊法焊接，盖面采用左焊法盖面，保证余高不会过高的情况下，外观很理想。通过1、2组之间的对比和4、5组之间的对比可以得出，电流过小会出现未焊透和未熔合的缺陷，因此选择相对较大的电流。通过1、3组之间对比，和4、6组之间的对比，大电流小间隙焊接时背部熔合不好，焊接时熔滴不好控制，因此尽量不要选用过小间隙。由于本身不锈钢过热会产生对材料本身性能的影响，所以电流也应该尽量不采用过大的焊接电流。观察分析得出第4组的情况焊缝效果最好，如图7和图8所示。综上，在采用二保焊药芯焊丝焊接时，优选在S4步骤中保证焊接电流范围在175-200A，根据电流选择电压范围在22-25V，焊接速度为22-30m/h。S2步骤中缝隙宽度为8-10mm。通过这样的焊接电流和电压、焊接速度以及缝隙宽度有助于形成美观的焊缝。

为防止陶瓷衬垫3本身自带的胶带在焊接过程中，受热溶化形成常规酸洗钝化方法很难去除的黑色物质并附着在母材1上，优选在S3步骤中用一带有衬垫槽21的工装2固定陶瓷衬垫3与母材1，所述衬垫槽21与陶瓷衬垫3的形状、大小相适配，将陶瓷衬垫3带有凹槽的一侧背向工装2放置在衬垫槽21内，陶瓷衬垫3带有凹槽的表面恰好与工装2开设衬垫槽21的表面平齐，工装2与母材1背面通过点焊固接，从而陶瓷衬垫3与母材1的背面相对固定。利用工装2取代现有技术的中的胶带对母1进行固定，从而避免在母材1背面形成黑色的塑料附着物，显著地提高了外观质量，同时减少后期处理的工作，进一步提高效率；同时相较于胶带的固定效果，工装2的固定更为稳定，有助于保证陶瓷衬垫3与母材1背面紧贴，避免出现因陶瓷衬垫3与母材1的不紧密造成的焊漏和塌陷等焊接缺陷，有助于保证焊缝强度和质量。

优选，工装2的厚度也就是工装的设置有衬垫槽的上表面与下表面之间的距离，保证在40mm以上，有助于保证工装2受热不易变形，避免工装2在焊接过程中受热变形造成陶瓷衬垫3无法紧贴母材1的情况发生，有助于提高焊缝质量和外观。一般按母材的长度选择合适长度的工装，一般工装均在300mm以上，通常为500mm以上。

优选的，工装2由多段组成，工装2各段沿两块母材1间缝隙的长度方向依次首尾相抵排成一列，共同支撑陶瓷衬垫3。为保证因陶瓷衬垫3与母材1的不紧密造成的焊漏和塌陷等焊接缺陷，最好保证工装2的上表面的平整度小于等于0.5mm，因此，S4步骤中焊接一段时间后最好对工装2的上表面的平整度进行校正，保证平整度在0.5mm以下。将工装2设置为多段，有助于避免较长的工装2整体在焊接过程中温度过高而产生变形。每个工装2都能有中间冷却的过程。同时还便于对单个工装2进行调整，焊接一段时间后对工装2的上表面平整度进行校正，可以保证其有好的平整度。

优选焊接环境温度15℃以上，母材1焊前不预热，焊接时层间温度≤150℃，可以避免不锈钢过热对材料本身的性能产生不良影响。优选在焊接前固定两块母材1相对位置时，进行反变形处理，反变形角度为5～6°，并且焊接熄弧板和引弧板的表面尺寸为125mm×90mm，厚度与母材厚度一致10mm。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，包括以下步骤：

S1焊接前清理母材(1)；

S2使两块母材(1)焊接侧之间留有宽度为h的缝隙，所述缝隙允许焊丝伸入，点焊固定两块母材(1)；

S3陶瓷衬垫(3)固设在母材(1)背面，陶瓷衬垫(3)设有凹槽的表面与母材(1)背面相对设置，两块母材(1)焊接侧之间的缝隙与凹槽沿长度方向对中；

S4焊丝伸入两块母材(1)之间的缝隙中，对两块母材(1)进行背部一次成型焊接，然后再进行后续步骤。

2.根据权利要求1所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：在S4步骤中焊接时，采用埋弧焊，进行一道焊接后，进行盖面焊接。

3.根据权利要求2所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：在S4步骤中正面焊接完成后，去掉工装(2)和陶瓷衬垫(3)，进行背部清根焊接。

4.根据权利要求2所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：所述母材厚度为10-12mm,选用直径D＝4mm的埋弧焊焊丝，在进行S2步骤时两块母材(1)之间的缝隙宽度h＝D±0.5mm或h＝D±0.2mm。

5.根据权利要求4所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：S4步骤中焊接电流范围450-470A，电压26-28V，焊接速度为26-28m/h。

6.根据权利要求1所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：在S4步骤中焊接时，采用二氧化碳保护焊，焊材使用二保焊药芯焊丝，焊接下一层焊缝之前清理上一层焊缝的焊渣。

7.根据权利要求6所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：S2步骤中缝隙宽度h为8-10mm；在S4步骤中焊接时，采用右焊法打底、左焊法盖面，焊接电流为175-200A，电压22-25V，焊接速度为22-30m/h。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：S3步骤中用一设有衬垫槽(21)的工装(2)固定陶瓷衬垫(3)与母材(1)，陶瓷衬垫(3)设置在衬垫槽(21)内，陶瓷衬垫(3)设有凹槽的表面与工装(2)设有衬垫槽(21)的表面平齐，工装(2)与母材(1)通过点焊固接。

9.根据权利要求1所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：工装(2)沿长度方向分成至少两段；S4步骤中焊接一段时间后对工装(2)的上表面的平整度进行校正，保证平整度为0.5mm。

10.根据权利要求9所述的不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺，其特征在于：所述工装(2)的厚度不小于40mm。