CN110587079A - 一种不锈钢与异种材料电弧焊接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不锈钢与异种材料电弧焊接的方法。该方法包括：采用直线秒顿方法焊接不锈钢与异种材料之间的对接焊缝和/或角焊缝；“直线秒顿方法”是指焊枪在电弧焊接过程中向前移动时，先向前再停顿地作直线运动。本发明采用的直线秒顿操作方法焊接不锈钢与耐候钢之间的对接焊缝或角焊缝均可，弥补其它操作手法的不足。不仅可以实现电弧易控制的目的，而且通过电弧停顿预热板材，可以有效地预防裂纹的产生，由于热输入量低可以改善接头的组织性能，提升接头质量。

Description

一种不锈钢与异种材料电弧焊接的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种不锈钢与异种材料电弧焊接的方法，具体涉及奥氏体不锈钢与耐候钢异种材料电弧焊接的方法。
背景技术
奥氏体不锈钢具有优异的耐蚀性、成型性、相容性等全面和良好的综合性能，在重工业、轻工业、生活用品以及建筑装饰等领域被广泛应用，特别是现代轨道交通行业的高速发展，不锈钢已成为高速列车车体制造的主要材料。熔化极惰性气体保护焊（MAG焊）是高速列车不锈钢车体异种材料的重要连接工艺，虽然奥氏体不锈钢的焊接性能比较好，但如果电弧焊接的操作手法以及工艺参数选择不当，仍可产生晶间腐蚀、裂纹、成型不良等一些缺陷。
现有技术中常用的焊接方法：
1、直线法（如图1）：该操作手法其特点为沿焊缝纵向作直线前移、不摆动，焊缝较窄，操控难度大导致焊接速度慢，稳定性差。
2、锯齿法（如图2）：该操作手法其特点是沿着焊接方向连续作锯齿形摆动，两侧稍作停留，以防止产生咬边。虽相对于直线法易操控，成型好，但是用于薄板其焊接变形较大。
3、还有如直线往复、三角、月牙等传统的焊接方法在进行薄板不锈钢焊接时容易产生以下问题：1）电弧容易产生漂移，形成未熔合（直线法问题）；2）焊缝余高过大，形成咬边；3）焊接速度难以提高，焊缝组织过烧；4）焊缝尺寸超宽超大，焊接变形较大。
发明内容
本发明提供涉及一种不锈钢与异种材料电弧焊接的方法，该方法包括：采用直线秒顿方法焊接不锈钢与异种材料之间的对接焊缝和/或角焊缝；
所述“直线秒顿方法”是指焊枪在电弧焊接过程中向前移动时，先向前再停顿地作直线运动。
根据本发明的方法，所述焊枪在停顿时起到预热不锈钢板材的作用。进一步地，所述停顿的次数至少为一次，例如可以为10次、20次、30次。
根据本发明的方法，所述焊接的速度可以为（7-18）mm/s，例如为13.44mm/s。
根据本发明的方法，所述焊枪停顿的频率记为秒顿频率f，f=v/[（4~6）+T]，其中v为焊接速度（单位为mm/s），系数（4~6）为经验值，T为不锈钢板的厚度。例如，f的范围为1.00-1.80次/s，优选1.34~1.68次/s，例如为1.61次/s。
具体地，“直线秒顿方法”如图3所示，其具有多个秒顿周期。
根据本发明的方法，所述不锈钢为奥氏体不锈钢，例如SUS301L不锈钢。
根据本发明的方法，所述异种材料为耐候钢，例如Q355GNHD耐候钢
根据本发明的方法，所述电弧焊接为熔化极惰性气体保护焊（即MAG焊）。
根据本发明的方法，所述焊接的参数包括：电流150-180A、电压21-23V、气体流量15-20L/min。优选地，所述焊接的参数包括：电流160-170A、电压22V、气体流量16-18L/min。其中，所述焊接采用的气体为氩气和CO2的混合气，例如98%Ar+2%CO2。
根据本发明的方法，焊接前，需检查工件状态，例如要求工件长边坡口25-35°、钝边0-1mm。
根据本发明的方法，所述焊接采用定位焊接，需控制好焊接接头根部预留间隙1-3mm，定位焊起始焊点应距离端头8-15mm（优选10mm），焊缝的长度L为3-5倍不锈钢板的厚度（优选为4倍），定位焊点间距应大于2L（例如为2.5L、3L）。优选地，所述长度L至少为10mm。
根据本发明的方法，所述焊接时焊枪角度应偏向耐候钢侧约4~8°。
根据本发明的方法，所述方法还包括焊接前，对待焊不锈钢工件的预处理步骤。例如，用丙酮擦拭待焊不锈钢工件去除表面油污、用砂轮片打磨耐候钢焊件表面直至露出金属光泽，然后将处理后的待焊不锈钢工件固定在焊接工装平台之上。
根据本发明的方法，所述方法具体包括如下步骤：
（1）对待焊不锈钢工件和耐候钢焊件进行预处理：用丙酮擦拭待焊不锈钢工件去除表面油污，用砂轮片打磨耐候钢焊件表面直至露出金属光泽，然后将处理后的待焊不锈钢工件固定在焊接工装平台之上；
（2）将接地线夹紧于待焊不锈钢工件和耐候钢焊件上，采用MAG焊接方法，焊接参数包括电流150-180A、电压21-23V、气体98%Ar+2%CO2、气体流量15-20L/min；同时检查待焊不锈钢工件状态，要求长边坡口25-35°、钝边为0-1mm；
（3）焊接采用定位焊接，焊接接头根部预留间隙1~3mm，定位焊起始焊点应距离端头8-15mm、，焊缝的长度L为3-5倍不锈钢板的厚度，定位焊点间距应大于2L，焊接时焊枪角度应偏向耐候钢侧约4~8°；
焊接时焊枪在电弧焊接过程中向前移动时，先向前再停顿地作直线运动，焊枪停顿频率为1.34~1.68次/s，焊枪停顿时起到预热不锈钢工件的作用。
本发明的有益效果：
本发明采用的直线秒顿的焊接手法，是基于直线法电弧稳定性差，锯齿、直线往复、三角法等虽然电弧稳定但是提速难的问题，通过停顿来弥补电弧飘逸的缺点，使电弧较稳定的同时又方便提高焊接速度，降低焊接热输入量，焊缝余高或焊脚尺寸都易控制，不会出现余高或焊脚过大的情况，用于熔化极气体保护焊（MAG焊）不锈钢薄板焊接时变形小，尤其能够满足高速列车不锈钢车体焊接件低变形、低缺陷、高质量的苛刻焊接要求，且停顿有预热作用，此方法焊后无热裂纹缺陷。
本发明采用的直线秒顿操作方法焊接不锈钢与耐候钢之间的对接焊缝或角焊缝均可，弥补其它操作手法的不足。不仅可以实现电弧易控制的目的，而且通过电弧停顿预热板材，可以有效地预防裂纹的产生，由于热输入量低可以改善接头的组织性能，提升接头质量。
附图说明
图1是现有技术中的直线法示意图；
图2是现有技术中的锯齿法示意图；
图3是本发明中的直线秒顿法示意图；
图4是直线法焊缝图；
图5是锯齿法焊缝图；
图6是直线往复法焊缝图；
图7是本发明实施例1直线秒顿法焊缝图；
图8是提速后的直线往复法焊缝图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1
不锈钢与耐候钢电弧焊接的方法，包含以下步骤：
步骤1：焊接前，用丙酮擦拭待焊不锈钢工件（4mm厚的SUS301L不锈钢工件）去除表面油污、用砂轮片打磨耐候钢焊件（4mm厚的Q355GNHD耐候钢）表面直至露出金属光泽，将处理后的待焊试件固定在焊接工装平台之上。
步骤2：将接地线夹紧与待焊工件上，调试焊接参数，电流150-180A、电压21~23V、气体98%Ar+2%CO2、气体流量15-20L/min，检查工件状态，长边坡口30°、钝边1mm；
步骤3：组对工件进行定位焊，控制好根部间隙1-3mm，定位焊起始焊点应距离端头10mm，长度L为40mm，定位焊点间距应大于20mm；
步骤4：进行焊接，焊接时焊枪角度应偏向耐候钢侧约4~8°，焊接时焊枪在电弧焊接过程中向前移动时，先向前再停顿地作直线运动，焊接速度为13.44mm/s，实际秒顿30次，停顿时间18.6s，实际秒顿频率1.61次/s，焊枪停顿时起到预热不锈钢工件的作用；
步骤5：焊接结束。
对比例1
以上述实施的具体步骤及同样参数分别以直线法、锯齿法、直线往复法焊接4mm-Q355GNHD耐候钢+4mm-SUS301L不锈钢试件。
焊接结束实际焊接速度直线法约为15.77mm/s、锯齿法约为18.3mm/s、直线往复法约为16.32mm/s。
实施例1和对比例1得到如图4-7的焊缝，可以很明确的观察到，直线法速度虽然快，但由于电弧不稳定，导致易出现图4圈起标注的未熔合，且焊道宽窄不一；锯齿法如图5很明显电弧稳定且外观良好，但是速度慢、熔池较宽；直线往复法如图6整体熔合良好、速度比锯齿略快但是熔池宽且外观不如锯齿法美观；直线秒顿法如图7速度快且熔池窄，熔合良好。
对比例2
为了更好地对比实施例1中直线秒顿法的速度及熔合优势，以实施例1相同参数及步骤结合秒顿法实际焊接速度13.44mm/s进行对比例2的描述：
直线法电弧飘逸稳定性差、锯齿法轨迹为上下摆动都较难提速，直线往复轨迹为左右摆动，相比于锯齿法上下摆动更容易提速，所以选择提速直线摆动法来进行实例二。得到焊接效果如图8。由于实际焊接过程中为了保证接头的熔合性，所以实际焊接速度约为14.97mm/s，显而易见直线往复法提高焊接速度会导致熔合性变差。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不锈钢与异种材料电弧焊接的方法，其特征在于，该方法包括：采用直线秒顿方法焊接不锈钢与异种材料之间的对接焊缝和/或角焊缝；所述“直线秒顿方法”是指焊枪在电弧焊接过程中向前移动时，先向前再停顿地作直线运动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊枪在停顿时起到预热不锈钢板材的作用，所述停顿的次数至少为一次。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接速度为（7-18）mm/s，优选为13.44mm/s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊枪停顿的频率记为秒顿频率f，f=v/[（4~6）+T]，其中v为焊接速度（单位为mm/s），系数（4~6）为经验值，T为不锈钢板的厚度；优选地，f的范围为1.00-1.80次/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不锈钢为奥氏体不锈钢，所述异种材料为耐候钢，所述电弧焊接为熔化极惰性气体保护焊。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接的参数包括：电流150-180A、电压21-23V、气体流量15-20L/min，焊接采用的气体为氩气和CO2的混合气。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，焊接前，需检查工件状态，要求工件长边坡口25-35°、钝边0-1mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接采用定位焊接，需控制好焊接接头根部预留间隙1-3mm，定位焊起始焊点应距离端头8-15mm，焊缝的长度L为3-5倍不锈钢板的厚度，定位焊点间距应大于2L。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接时焊枪角度应偏向耐候钢侧约4~8°。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括焊接前，对待焊不锈钢工件的预处理步骤。
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