CN109807433A - 304不锈钢支架的焊接加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种304不锈钢支架的焊接加工方法。本发明的304不锈钢支架的焊接加工方法，采用GTAW高频脉冲焊进行304不锈钢支架的焊接，每完成一道焊缝的焊接后，立即对所述焊缝实施快速水冷却工艺，所述快速水冷却工艺配置为冷却水柱。本发明的304不锈钢支架的焊接加工方法相比已有焊接工艺方法，能够显著减小焊接件的变形量，及时释放焊接应力，改善焊缝金属材料的组织性能，满足高标准的误差要求。

Description

304不锈钢支架的焊接加工方法

技术领域

本发明涉及焊接工艺技术领域，尤其涉及304不锈钢支架的焊接加工方法。

背景技术

304不锈钢，美标牌号标准:ASTM 304，相当于我国的牌号标准:GB/T4327-1992,0Cr18Ni9。属于18-8型钢，是碳在γ铁中的固溶体，其金相组织为奥氏体，呈面心立方晶格，含铬量18％、含镍量8％，密度7.93g/cm3，抗拉强度520MPa，屈服强度205-210MPa，伸长率40％，线膨胀系数比碳钢约大50％，具有优良的耐腐蚀性能。但针对304不锈钢的焊接而言，焊接过程中变形和高温热处理产生相变是其主要问题。

例如，某型角谱仪探测器支架采用了304不锈钢焊接加工制造，支架是为角谱仪的核心工作部件He3种子探测管提供定位与支撑，其设计要求对于误差控制要求极高，对支架相关表面的平行度及垂直度的误差要求为小于0.1mm，以及安装基面A垂直度小于0.1mm。

现有技术在焊接此类304不锈钢探测器支架时，主要采用直流氩弧焊接工艺和焊接后做500℃高温热处理工艺，但这种做法极难实现如上较为严苛的误差标准。由于采用直流氩弧焊工艺，焊接电弧将持续不断产生的高温，使得构件积累吸收的热量较多，容易在加工过程中使得构件处于不均匀的受热状态，进而造成晶格中的原子因密度的差异引起相互间结合力的不同，从而导致晶体内部的单晶体在不同方向上表现出不同的性能，而形成晶体各向异性现象。过高的焊接热量在焊缝金属中，易形成含量较高的低熔点共晶元素(C、S、P等)，并在结晶后期以低熔点液态薄膜的形式存在于奥氏体柱状晶体之间。当焊接熔池继续冷却而产生收缩时，被液态薄膜分隔的晶体边界就会形成焊接拉应力。由于低熔点共晶液态薄膜的存在，结晶凝固的时间越长，产生焊接拉应力也就越高，产品构件产生变形的倾向也就越大。上述因素导致了304不锈钢金属材料在以传统方法焊接的过程中容易产生严重的变形现象。

另外，现有技术中对于304不锈钢材料的焊接加工通常采用500℃～650℃的温度范围内的焊后高温热处理，而304不锈钢材料的敏化温度区间为400℃～850℃，这导致对304不锈钢材料的高温热处理经475℃区间缓冷时，奥氏体的焊缝中经过此区间温度时含有较多的铁素体元素，形成碳在α-Fe中过饱和固溶体，即产生了一种Fe-Cr金属间化合物，致使焊缝的组织性能转变和冲击韧性急剧下降，这种现象为σ相。此时，在这个高温下探测器支架焊缝会发生σ相析出而脆化，造成了高温相变产生形变现象，焊缝金属发生了脆化现象。

因此，现有的对于304不锈钢材料的焊接加工方法会导致焊接明显变形，达不到诸如平行度及垂直度小于0.1mm的高标准设计要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中对于304不锈钢支架的焊接加工方法难以避免焊接的变形，无法满足高标准的误差要求的缺陷，提出一种304不锈钢支架的焊接加工方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种304不锈钢支架的焊接加工方法，其特点在于，采用GTAW高频脉冲焊进行304不锈钢支架的焊接，每完成一道焊缝的焊接后，立即对所述焊缝实施快速水冷却工艺，所述快速水冷却工艺配置为冷却水柱。

较佳地，所述快速水冷却工艺配置为，所述冷却水柱覆盖所述焊缝并且避免所述冷却水柱的冷却水接触未结晶的液态金属。

较佳地，所述冷却水柱的水流量在6-8L/min的范围内。

较佳地，所述冷却水柱的冷却水由车床冷却液和水配制而成，配制比例在1:5至1:20之间。

较佳地，所述冷却水柱的冷却水的温度在5℃-20℃的范围内。

较佳地，所述车床冷却液为乳化液。

较佳地，所述GTAW高频脉冲焊的频率配置为50Hz。

较佳地，所述GTAW高频脉冲焊的焊接电流配置为峰值电流在200-250A的范围内，基值电流在100-140A的范围内。

较佳地，所述GTAW高频脉冲焊的占空比配置为在40％-50％的范围内。

较佳地，所述快速水冷却工艺配置为以冷却水水管喷出所述冷却水柱，所述冷却水水管的出水口与所述GTAW高频脉冲焊的焊接电弧保持预定间距，所述预定间距落入10mm-30mm的范围内。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的304不锈钢支架的焊接加工方法，采用GTAW高频脉冲焊方法，可以利用周期性变化的峰值电流和基值电流来控制304不锈钢焊缝金属的热输入量，降低焊接线能量，并结合焊后快速水冷却工艺使304不锈钢焊接件，从而减小焊接件的变形量，及时释放焊接应力，改善焊缝金属材料的组织性能。并且，本发明避免了304不锈钢在常规高温热处理过程中经过475℃左右的敏化温度区间时，形成的碳在α-Fe中过饱和固溶体所产生的Fe-Cr金属间化合物，因而造成的奥氏体金相组织相变进一步导致形变和冲击韧性急剧下降的问题。因此，本发明的304不锈钢支架的焊接加工方法能够满足高标准的误差要求。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的304不锈钢支架的焊接加工方法的操作状态示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

根据本发明一较佳实施例的304不锈钢支架的焊接加工方法，采用GTAW(全称GasTungsten Arc Weld)高频脉冲焊进行304不锈钢支架的焊接，每完成一道焊缝的焊接后，立即对所述焊缝实施快速水冷却工艺，所述快速水冷却工艺配置为冷却水柱。

本发明在焊接工艺上选用GTAW高频脉冲焊方法，其焊接设备可采用诸如WSME-500钨极氩弧焊机，焊接极性为直流正接，利用周期性变化的脉冲频率对峰值电流与基值电流进行严格的匹配，使工艺参数具有合适的规范空间，达到减小焊接热输入的目的，从而控制304不锈钢金属材料焊接件受热量均匀分布，以避免变形问题。

根据本发明的一些优选的实施方式，为了实现尽可能减小焊接热输入的目的，所述GTAW高频脉冲焊的频率配置为50Hz，占空比在40％-50％的范围内，占空比可选取为45％。其中，GTAW高频脉冲焊的焊接电流配置为峰值电流在200-250A的范围内，基值电流在100-140A的范围内。在一个优选实施例中，峰值电流为230A，基值电流为120A，电弧电压为14～15V。

本发明的重要创新之一在于，以焊后快速水冷却工艺取代现有技术所采用的焊后高温热处理工艺，尽可能减少304不锈钢的焊缝在400℃-850℃的温度区间中的停留时间，来解决焊缝中的奥氏体金相组织相变产生形变和冲击韧性急剧下降问题。

根据本发明的一些优选的实施方式，所述快速水冷却工艺配置为，所述冷却水柱覆盖所述焊缝并且避免所述冷却水柱的冷却水接触未结晶的液态金属。快速水冷却工艺是选用车床冷却液(乳化液或称皂化液)以一定的配比配置，乳化液和水的配制比例在1:5至1:20之间，更优选地以1:10的比例配置，水温在5℃-20℃的范围内。优选地，冷却水柱呈圆形，冷却水浇注面积不应过大，覆盖焊缝即可，水流量配置为6-8L/min，即每分钟6-8升的流量。

优选地，用于实施快速水冷却工艺的冷却装置为循环水箱，配有输入/输出功率210/125W三相电泵电动机。所述快速水冷却工艺配置为以冷却水水管喷出所述冷却水柱，所述冷却水水管的出水口与所述GTAW高频脉冲焊的焊接电弧保持预定间距，所述预定间距落入10mm-30mm的范围内。

根据本发明的一些优选的实施方式，参考图1所示，在焊接过程中，可将焊枪1、焊丝2和冷却水水管3配置为相距一定距离并且位于焊缝5上，焊件可布置为具有约5-10°的倾斜状态，冷却水水管3的出水口处排出或者喷出的冷却水4因上述倾斜状态会向焊缝上靠近焊枪1的一侧流淌。焊接时还需注意，避免未结晶的液态金属与冷却水接触形成气孔等缺陷。

本发明将GTAW高频脉冲焊工艺与快速水冷却工艺相结合，按照合理的焊接顺序，对不锈钢结构件的每条焊缝的焊接和快速水冷却，能够相较于已有焊接工艺方法及焊后处理方法显著减少变形量。

举例来说，以背景技术中提及的采用304不锈钢焊接加工制造的某型角谱仪探测器支架为例，采用如上所述的本发明的304不锈钢支架的焊接加工方法进行该型角谱仪探测器支架的焊接加工，对整体构件的尺寸和变形量进行测量，并用激光跟踪仪对支架平行度和垂直度进行校正测量，得到的测量结果显示支架的变形量仅为0.05mm，而现有技术无法满足0.1mm的变形量的工艺要求，显然本发明显著优于现有技术中的焊接工艺方法。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种304不锈钢支架的焊接加工方法，其特征在于，采用GTAW高频脉冲焊进行304不锈钢支架的焊接，每完成一道焊缝的焊接后，立即对所述焊缝实施快速水冷却工艺，所述快速水冷却工艺配置为冷却水柱。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述快速水冷却工艺配置为，所述冷却水柱覆盖所述焊缝并且避免所述冷却水柱的冷却水接触未结晶的液态金属。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷却水柱的水流量在6-8L/min的范围内。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷却水柱的冷却水由车床冷却液和水配制而成，配制比例在1:5至1:20之间。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷却水柱的冷却水的温度在5℃-20℃的范围内。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述车床冷却液为乳化液。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GTAW高频脉冲焊的频率配置为50Hz。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GTAW高频脉冲焊的焊接电流配置为峰值电流在200-250A的范围内，基值电流在100-140A的范围内。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GTAW高频脉冲焊的占空比配置为在40％-50％的范围内。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述快速水冷却工艺配置为以冷却水水管喷出所述冷却水柱，所述冷却水水管的出水口与所述GTAW高频脉冲焊的焊接电弧保持预定间距，所述预定间距落入10mm-30mm的范围内。