CN110153531A - 一种双面焊接方法和双面焊接产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双面焊接方法和双面焊接产品，该方法用于焊接第一工件和第二工件，其中，所述第一工件具有第一端，所述第二工件具有第二端，所述第一端和所述第二端邻接，所述第一工件、所述第二工件、所述第一端和所述第二端在空间内限定第一侧和第二侧；该方法包括：从所述第一侧焊接所述第一端和所述第二端，形成第一焊缝；从所述第二侧焊接所述第一端和所述第二端，形成与所述第一焊缝在深度上具有重合区域的第二焊缝。本发明能提高焊接质量和降低焊接成本。

Description

一种双面焊接方法和双面焊接产品

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种双面焊接方法和双面焊接产品。

背景技术

在焊接领域，“焊接熔深”一直被视为评价焊接质量的重要技术指标。为了得到优质的焊接接头，提高焊接强度、增加焊接密封性，最直接有效的方法之一就是加大焊接熔深。目前，为了得到较大的熔深值，常规的做法是提高焊接机的输出功率。但是，输出功率的提高会导致焊件变形量大、焊件原始尺寸精度丢失，焊接时的高热量也会形成焊接气孔、焊接裂纹等，造成质量问题；焊缝背面的外观通常无法控制，而不平整的表面会在焊件中形成局部的应力集中从而引起结构的失效。所以如何在加大焊接熔深的同时减少焊接变形量，以及降低由焊接质量缺陷造成的废品率，是焊接加工领域需要改善的技术难点之一。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种双面焊接方法和双面焊接产品，对焊道正反面分别焊接，形成贯穿的正、反焊缝，替代单面一次性焊接，从而在加大焊接时熔深的同时促进焊接残留气体的溢出，降低焊缝产生气孔、裂纹的可能性，提高焊缝质量。

根据本发明的一个方面，提供一种双面焊接方法，用于焊接第一工件和第二工件，其中，所述第一工件具有第一端，所述第二工件具有第二端，所述第一端和所述第二端邻接，所述第一工件、所述第二工件、所述第一端和所述第二端在空间内限定第一侧和第二侧，包括：

S100从所述第一侧焊接所述第一端和所述第二端，形成第一焊缝；

S200从所述第二侧焊接所述第一端和所述第二端，形成与所述第一焊缝在深度上具有重合区域的第二焊缝。

根据本发明的一个实施例，所述第一焊缝和所述第二焊缝的重合区域的深度不大于目标熔深的20％。

根据本发明的一个实施例，所述第一焊缝为穿透焊缝，所述第二焊缝为非穿透焊缝。

根据本发明的一个实施例，所述第一焊缝和所述第二焊缝的焊接功率范围为不低于基准功率的15％，其中，所述基准功率为形成目标熔深的单面焊接功率。

根据本发明的一个实施例，所述第一焊缝的形成速度不高于基准速度的85％，其中，所述基准速度为形成目标熔深的单面焊接速度。

根据本发明的一个实施例，所述第二焊缝的形成速度不高于所述第一焊缝的形成速度。

根据本发明的一个实施例，形成所述第一焊缝和所述第二焊缝的焊枪与焊点的距离不大于300mm。

根据本发明的一个实施例，形成所述第一焊缝和所述第二焊缝的焊枪的倾斜方向与焊点的移动方向一致，并且所述焊枪与所述焊点的移动方向的切线垂直的方向夹角不大于45°。

根据本发明的一个实施例，该方法采用气体保护焊工艺，保护气体的流量不大于50L/min。

根据本发明的一个实施例，在步骤S100之前还包括：

S10预热所述第一工件和所述第二工件。

根据本发明的一个实施例，在步骤S200之后还包括：

S210加热焊接后的所述第一工件和所述第二工件。

根据本发明的一个实施例，用于形成所述第一焊缝和所述第二焊缝的焊枪为以下至少任一项：点焊焊枪；钎焊焊枪；TIG焊枪；MAG焊枪；激光焊枪。

根据本发明的一个实施例，所述第一焊缝、所述第二焊缝分别包括以下至少任一项：点状焊缝；直线焊缝；折线焊缝；圆弧焊缝。

根据本发明的另一个方面，提供了一种双面焊接产品，根据上述双面焊接方法制成。

本发明所提供的双面焊接方法对焊道正反面分别焊接，形成贯穿的正、反焊缝，替代单面一次性焊接，在加大焊接时熔深的前提下，相对于单面单次焊接，不仅能显著降低焊接能耗，还能避免焊件产生过大的形变量，大幅提升焊件的加工精度；同时，双面焊接能促进焊接残留气体的溢出，降低焊缝产生气孔、裂纹的可能性，提高焊缝质量，从而降低废品率。为抑制焊接过程中焊接气孔和焊接冷热裂纹的产生，可在焊接前、焊接中或者焊接后增加对焊接件的加热，以降低焊接区域和非焊接区域的温度差异，从而减少焊接金相组织由液相向固相转换的速度，从而减少甚至取消焊接完成后的热处理工序和修整工序，显著提高生产效率和降低生产成本。相应地，与具有相同焊接熔深的单面焊接相比，用上述双面焊接方法制成的双面焊接产品的焊接气孔和焊接裂纹更少。

相比较于现有的单面焊接工艺而言，本发明提供的双面焊接方法因为不需要对焊接部位进行长时间高热量的焊接操作，因此焊缝表面平整度大大提高，并且本发明提供的双面焊接方法能同时在焊道两面提供平整的焊缝，减少了应力集中，提高了结构的安全性，在钣金件厚板拼接，特别是船舶船体、汽车车身、大型导轨等的焊接领域具有广阔的应用前景。

此外，焊接熔深和焊接功率通常并非线性关系。以电弧焊为例，在其他条件相同时，熔深与焊接电流近于正比关系，熔深的少量增加会导致焊接功率的大幅增加。因此，在形成双面熔深的条件下，与单面焊接相比，本发明的生产成本也更低。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1示出本发明一实施例的双面焊接方法中第一焊缝、第二焊缝的相对位置关系；

图2示出根据本发明另一实施例的焊缝剖面。

附图标记：

1 第一工件

11 第一端

2 第二工件

21 第二端

3 第一焊缝

4 第二焊缝

5 焊缝重合区域

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件或部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

参考图1，为了将第一工件1和第二工件2焊接在一起，将第一工件1的第一端11和第二工件2的第二端21靠近，焊缝将在第一工件1的第一端11和第二工件2的第二端21之间产生。以图1示出的方位为例，焊枪从第一工件1、第二工件2的上方、沿着第一端11和第二端12之间的夹缝焊接，形成第一焊缝3；随后，焊枪从第一工件1、第二工件2的下方、沿着第一端11和第二端21之间的夹缝焊接，形成第二焊缝4，并且第一焊缝3和第二焊缝4在深度上具有一重合区域5。根据以上方法即可得到一双面焊接产品。为了形成重合区域5，第一焊缝3和第二焊缝4的深度合计值大于所需要焊缝的总深度，例如大于第一工件1、第二工件2在焊接部位的厚度，以保证第一焊缝1和第二焊缝2有效搭接，从而确保最终的焊缝贯穿整个焊道，保证连接强度。第一焊缝3和第二焊缝4在形成过程中引起的第一工件1、第二工件2的热变形方向相反，因此最终能减少焊接工艺中工件的变形量，工件的总变形量减少40％以上。考虑到焊接过程中产品热量集中、热变形较大，一般需要设置修整工序，将产品修整至满足精度要求；而采用上述双面焊接方法时，如果焊接产品能够满足精度要求，则可取消产品的修整工序。

一般地，单面一次焊接的熔深可达到5mm，所以同样输出功率的焊接设备的两面焊接熔深理论最大可达10mm。因此，该双面焊接方法大大扩展了生产设备的使用场景和焊接适配性。此外，与单面焊接相比而言，在达到相同焊接熔深的前提下，由于第一焊缝3、第二焊缝4的焊接功率更小，焊接时间也更短，因此第一工件1和第二工件2的变形量较小，焊缝组织的碳化情况也大为改善，形成脆性裂纹的可能性大大降低。

其中，在形成第二焊缝4时，由于会对第一焊缝3进行二次焊接，为进一步减少焊接部位出现脆性裂纹的可能性，特别是为了减少第一焊缝3和第二焊缝4的搭接重合部位的二次碳化对焊接质量的影响，可将第一焊缝3和第二焊缝4的重合区域5的深度控制在不大于总的目标熔深的20％。在进行板件焊接时，可将重合区域5的深度控制在不大于板件厚度的20％。

在一些实施例中，为了增强焊接部位强度，有效排出氮气、二氧化碳、氧气等焊接残留气体，以降低焊接部位产生气孔、裂纹等瑕疵的可能性，可使得第一焊缝3为穿透焊缝，即第一焊缝3穿透整个焊道。以图1所示的第一工件1和第二工件2为例，第一焊缝3穿透第一工件1的第一端11和第二工件2的第二端21的上下两侧。第二焊缝4为非穿透焊缝，满足第二焊缝4与第一焊缝3有重合区域5即可。焊枪在形成第二焊缝4时可将第一焊缝3在重合区域5中残留的气孔、裂纹等消除，因而提高了焊接质量。

考虑到双面焊接过程中，第一焊缝3和第二焊缝4的重合区域5会发生二次碳化，为避免在重合区域5产生脆性裂纹，焊枪形成第一焊缝3和第二焊缝4的功率不宜过大，一般控制在不低于形成目标熔深的单面焊接功率的15％较佳。

为减少焊接过程中第一工件1、第二工件2在焊接过程中因不均匀温度场和局部塑性变形产生的焊接应力，在形成第一焊缝3时，可将焊枪移动速度限制为不高于形成相同熔深的单面焊接的焊枪移动速度的85％，以取得生产效率和生产质量的平衡。在此基础上，还可控制焊枪在形成第二焊缝4时的移动速度比形成第一焊缝3时的移动速度更低，尽可能消除形成第一焊缝3之后产品中的残余应力。为了避免影响焊缝深度与焊缝宽度而导致焊接强度差异，在焊接形成第一焊缝3、第二焊缝4时，焊枪与焊点的距离不大于300mm。

在焊接过程中，可将焊枪向焊点的移动方向倾斜，对需要焊接的工件进行预热，从而降低工件各处温度的不均匀程度，减少焊接应力的产生。为尽可能增加熔深、减少能量的浪费，焊枪与焊点移动方向的切线的垂线夹角不大于45°。

该双面焊接方法可应用于直线焊缝、折线焊缝、圆弧形焊缝、长度较短而仅为一点状的焊缝等，也可应用于这些形状的焊缝相互组合而成的复杂焊缝，在第一焊缝3和第二焊缝4具有重合区域5的情况下，该双面焊接方法均能取得较好的焊接效果，因此适用范围较广，可根据实际情况进行焊接操作。若采用气体保护焊工艺，保护气体的流量不大于50L/min。保护气体可采用氦气、氮气、二氧化碳、氩气，或者这几种气体的混合气体。

在一些实施例中，为了在焊接前进一步减少待焊接工件各处温度的不均匀程度，可在焊接第一工件1和第二工件2前，增加对第一工件1和第二工件2的预热工序。预热工序能减少焊接应力的产生。在另一些实施例中，也可在焊接过程中或焊接完成后加热第一工件1和第二工件2，尽可能消除焊接产生的残余应力，防止焊接产品脆裂。在焊接前和/或焊接后对第一工件1和第二工件2加热后，在满足强度需求的情况下，焊接得到的焊接产品可减少甚至取消热处理工序。

该双面焊接方法适用于点焊、钎焊、TIG(Tungsten Inert Gas Welding,非熔化极惰性气体钨极保护焊)焊接、MAG(Metal Active Gas Arc Welding,熔化极活性气体保护电弧焊)焊接、激光焊接等工艺，也可适用于上述方法的组合，例如第一焊缝3以TIG焊接工艺形成，而第二焊缝4以激光焊接工艺形成。焊接过程中，可根据具体的焊接工艺选用合适的焊枪。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种双面焊接方法，用于焊接第一工件和第二工件，其中，所述第一工件具有第一端，所述第二工件具有第二端，所述第一端和所述第二端邻接，所述第一工件、所述第二工件、所述第一端和所述第二端在空间内限定第一侧和第二侧，其特征在于，包括：

S100从所述第一侧焊接所述第一端和所述第二端，形成第一焊缝；

S200从所述第二侧焊接所述第一端和所述第二端，形成与所述第一焊缝在深度上具有重合区域的第二焊缝。

2.根据权利要求1所述的双面焊接方法，其特征在于，所述第一焊缝和所述第二焊缝的重合区域的深度不大于目标熔深的20％。

3.根据权利要求1所述的双面焊接方法，其特征在于，所述第一焊缝为穿透焊缝，所述第二焊缝为非穿透焊缝。

4.根据权利要求3所述的双面焊接方法，其特征在于，所述第一焊缝和所述第二焊缝的焊接功率范围为不低于基准功率的15％，其中，所述基准功率为形成目标熔深的单面焊接功率。

5.根据权利要求3所述的双面焊接方法，其特征在于，所述第一焊缝的形成速度不高于基准速度的85％，其中，所述基准速度为形成目标熔深的单面焊接速度。

6.根据权利要求5所述的双面焊接方法，其特征在于，所述第二焊缝的形成速度不高于所述第一焊缝的形成速度。

7.根据权利要求3所述的双面焊接方法，其特征在于，形成所述第一焊缝和所述第二焊缝的焊枪与焊点的距离不大于300mm。

8.根据权利要求1所述的双面焊接方法，其特征在于，形成所述第一焊缝和所述第二焊缝的焊枪的倾斜方向与焊点的移动方向一致，并且所述焊枪与所述焊点的移动方向的切线垂直的方向夹角不大于45°。

9.根据权利要求1所述的双面焊接方法，其特征在于，采用气体保护焊工艺，保护气体的流量不大于50L/min。

10.根据权利要求1所述的双面焊接方法，其特征在于，在步骤S100之前还包括：

S10预热所述第一工件和所述第二工件。

11.根据权利要求1或10所述的双面焊接方法，其特征在于，在步骤S200之后还包括：

S210加热焊接后的所述第一工件和所述第二工件。

12.根据权利要求1所述的双面焊接方法，其特征在于，用于形成所述第一焊缝和所述第二焊缝的焊枪为以下至少任一项：

点焊焊枪；

钎焊焊枪；

TIG焊枪；

MAG焊枪；

激光焊枪。

13.根据权利要求1所述的双面焊接方法，其特征在于，所述第一焊缝、所述第二焊缝分别包括以下至少任一项：

点状焊缝；

直线焊缝；

折线焊缝；

圆弧焊缝。

14.一种双面焊接产品，根据权利要求1至13中任一项所述的双面焊接方法制成。