CN111203611A - 一种多层薄壁金属材料的焊接方法及焊接件 - Google Patents

一种多层薄壁金属材料的焊接方法及焊接件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层薄壁金属材料的焊接方法及焊接件，属于焊接技术领域。所述焊接方法包括以下步骤：将多层金属材料压实，相邻两层金属材料之间不留间隙；将焊接件整体进行预加热；将焊枪的钨极在距离母材3‑4mm的高度引弧；以焊点为中心的区域加热母材；待区域中的母材呈现暗红色，再保持加热时间T，然后结束焊接。采用本发明的焊接方法，能够解决现有技术中在对薄壁金属材料焊接时出现的焊不透及烧穿问题，得到的产品材料变形小、力学性能达标、外观质量好。

Description

一种多层薄壁金属材料的焊接方法及焊接件
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种多层薄壁金属材料的焊接方法及焊接件。
背景技术
氩弧焊按其电极在焊接过程中是否熔化分为：非熔化极或钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊两种。
钨极氩弧焊是电弧在钨极和工件之间燃烧,此燃烧产生的高温将焊接的金属局部熔化形成焊接，在焊接电弧周围流过一种不和金属起化学反应的惰性气体，形成一个保护气罩，使钨极端部、电弧和熔池及邻近热影响区的金属不与空气接触，能防止焊缝氧化和吸收有害气体，从而形成致密的焊接接头，其力学性能优于手工电弧焊。
熔化极氩弧焊的焊丝既作为电极，在母材与焊丝之间产生电弧，加热和熔化母材，又作为填充金属进行焊接。
此两类焊接方法在金属材料焊接上广泛应用，一般情况下，熔化极氩弧焊适用于厚板焊接，而钨极氩弧焊适用于薄板焊接。
对应三层薄壁金属的焊接一般采用钨极氩弧焊，但是焊接工艺参数难于控制，如果工艺参数选取不当，多层金属薄板要么焊不透，要么烧穿。
有鉴于此，急需一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中焊不透或烧穿的问题，提供一种多层薄壁金属材料的焊接方法及焊接件。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种多层薄壁金属材料的焊接方法，包括以下步骤：
将多层金属材料压实，相邻两层金属材料之间不留间隙；
将焊接件整体进行预加热；
将焊枪的钨极在距离母材3-4mm的高度引弧；
以焊点为中心的区域加热母材；
待区域中的母材的温度达到目标温度，再保持加热时间T，然后结束焊接。
作为进一步的改进，所述金属材料的层数为2-5层。
作为进一步的改进，每层所述金属材料的厚度范围为0.3-1mm。
作为进一步的改进，所述金属材料的层数为三层，三层所述金属材料的厚度分别为0.3mm、0.3mm和1mm。
作为进一步的改进，所述目标温度的取值范围为550±30℃。
作为进一步的改进，所述预加热的温度为200-250℃。
作为进一步的改进，在焊点周围包覆隔热棉，再进行预加热。
作为进一步的改进，所述加热时间T的取值范围为10-20秒。
作为进一步的改进，所述以焊点为中心的区域的直径为6mm。
本发明的目的之二在于提供一种焊接件，其使用上述的焊接方法制得。
相比于现有技术，本发明带来如下有益效果：
本发明的多层薄壁金属材料的焊接方法，通过将多层金属材料压实，可提高多层金属材料之间的导电性和导热性；将焊接件整体进行预加热，有利于各层金属材料均匀受热、加速熔化；将钨极在距离母材3-4mm的高度引弧以及在母材呈现暗红色后再保持加热一段时间，可确保多层金属材料不会出现烧穿现象。
采用本发明的焊接方法得到的焊接件，经撕破试验合格，材料变形小，外观质量良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明一较佳实施例的方法流程图；
图2示出了本发明另一较佳实施例的方法流程图；
图3示出了本发明实施例二在焊接状态的结构示意图；
图4示出了图3所示实施例在焊接状态的俯视结构示意图。
主要元件符号说明：
10-焊枪；11-钨极；20-不锈钢板；30-隔热棉；40-加热区域；H-高度。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
请参阅图1及图2，本实施例提供一种多层薄壁金属材料的焊接方法，包括以下步骤：
S1、将两层金属材料压实，两层金属材料表面贴紧，二者之间不留间隙。
具体的，所述金属材料为不锈钢板20，不锈钢板20为平面板状，且两层不锈钢板20的厚度均为0.3mm。
S2、将焊接件整体进行预加热，预加热温度为200℃。
S3、将焊枪10的钨极11在距离母材4mm的高度H引弧。
S4、以焊点为中心的区域加热母材。
S5、待区域中的母材达到目标温度520℃，此时母材呈现暗红色，再保持加热时间15秒，然后结束焊接。
作为进一步的改进，在步骤S2之前还包括步骤S11：在焊点周围包覆隔热棉30，隔热棉30平铺在焊点的两端，用于防止热量扩散。
焊接完成后，经检验测试，板厚0.3mm的不锈钢板20材料表面变形小于1mm，两层不锈钢板20料经撕破试验合格，材料形成3.5mm熔核，两层不锈钢板20母材完全熔合，外观质量好。
实施例二
请参阅图1至图4，本实施例提供一种多层薄壁金属材料的焊接方法，包括以下步骤：
S1、将三层金属材料压实，三层金属材料表面贴紧，相邻两层金属材料之间不留间隙。
具体的，所述金属材料为不锈钢板20，不锈钢板20为平面板状，且三层不锈钢板20的厚度分别为0.3mm、0.3mm及1mm。其中，厚度为1mm的不锈钢板20位于最底部。
S2、将焊接件整体进行预加热，预加热温度为230℃。
对焊接件进行预加热，能够使三层不锈钢板20获得一个较高的初始焊接温度，有利于加速金属板的熔化，提高焊接质量。
S3、将焊枪10的钨极11在距离母材3.5mm的高度H引弧。
S4、以焊点为中心的区域加热母材。
S5、待区域中的母材达到目标温度550℃，此时母材呈现暗红色，再保持加热时间20秒，然后结束焊接。
焊接完成后，经检验测试，两层板厚0.3mm的不锈钢板20材料表面变形小于1mm，三层不锈钢板20料经撕破试验合格，材料形成4mm熔核，三层不锈钢板20母材完全熔合，外观质量好。
实施例三
请参阅图1至图4，本实施例提供一种多层薄壁金属材料的焊接方法，包括以下步骤：
S1、将三层金属材料压实，三层金属材料表面贴紧，相邻两层金属材料之间不留间隙。
具体的，所述金属材料为不锈钢板20，不锈钢板20为平面板状，且三层不锈钢板20的厚度分别为0.3mm、0.3mm及1mm。其中，厚度为1mm的不锈钢板20位于最底部。
S2、将焊接件整体进行预加热，预加热温度为250℃。
对焊接件进行预加热，能够使三层不锈钢板20获得一个较高的初始焊接温度，有利于加速金属板的熔化，提高焊接质量。
S3、将焊枪10的钨极11在距离母材4mm的高度H引弧。
S4、以焊点为中心的区域加热母材。
示范性的，以焊点为中心的区域的直径为6mm，定义为加热区域40。焊接时，焊枪10的钨极11可在该加热区域40内移动，但不能超过该范围，否则会造成加热不集中，降低焊接速度；也不能过于集中一点，否则会带来烧穿的现象。
S5、待区域中的母材达到目标温度570℃，此时母材呈现暗红色，再保持加热时间20秒，然后结束焊接。
焊接完成后，经检验测试，两层板厚为0.3mm的不锈钢板20材料表面变形小于1mm，三层不锈钢板20料经撕破试验合格，材料形成4mm熔核，三层不锈钢板20母材完全熔合，外观质量好。
实施例四
请参阅图1及图2，本实施例提供一种多层薄壁金属材料的焊接方法，包括以下步骤：
S1、将三层金属材料压实，三层金属材料表面贴紧，相邻两层金属材料之间不留间隙。
具体的，所述金属材料为不锈钢板20，不锈钢板20为平面板状，且三层不锈钢板20的厚度分别为0.3mm、0.5mm及1mm。其中，厚度为1mm的不锈钢板20位于最底部，厚度为0.5mm的不锈钢位于中间。
S2、将焊接件整体进行预加热，预加热温度为250℃。
对焊接件进行预加热，能够使三层不锈钢板20获得一个较高的初始焊接温度，有利于加速金属板的熔化，提高焊接质量。
S3、将焊枪10的钨极11在距离母材4mm的高度H引弧。
S4、以焊点为中心的区域加热母材。
示范性的，以焊点为中心的区域的直径为6mm，定义为加热区域40。焊接时，焊枪10的钨极11可在该加热区域40内移动，但不能超过该范围，否则会造成加热不集中，降低焊接速度；也不能过于集中一点，否则会带来烧穿的现象。
S5、待区域中的母材达到目标温度530℃，此时母材呈现暗红色，再保持加热时间20秒，然后结束焊接。
焊接完成后，经检验测试，板厚为0.3mm的不锈钢板20(最薄的金属板)材料表面变形小于1mm，三层不锈钢板20料经撕破试验合格，材料形成4.2mm熔核，三层不锈钢板20母材完全熔合，外观质量好。
实施例五
请参阅图1及图2，本实施例提供一种多层薄壁金属材料的焊接方法，包括以下步骤：
S1、将五层金属材料压实，五层金属材料表面贴紧，相邻两层金属材料之间不留间隙。
具体的，所述金属材料为不锈钢板20，不锈钢板20为平面板状，且五层不锈钢板20的厚度均为0.3mm。
S2、将焊接件整体进行预加热，预加热温度为220℃。
对焊接件进行预加热，能够使五层不锈钢板20获得一个较高的初始焊接温度，有利于加速金属板的熔化，提高焊接质量。
S3、将焊枪10的钨极11在距离母材4mm的高度H引弧。
S4、以焊点为中心的区域加热母材。
示范性的，以焊点为中心的区域的直径为6mm，定义为加热区域40。焊接时，焊枪10的钨极11可在该加热区域40内移动，但不能超过该范围，否则会造成加热不集中，降低焊接速度；也不能过于集中一点，否则会带来烧穿的现象。
S5、待区域中的母材达到目标温度560℃，此时母材呈现暗红色，再保持加热时间18秒，然后结束焊接。
焊接完成后，经检验测试，最外层不锈钢板20材料表面变形小于1mm，五层不锈钢板20料经撕破试验合格，材料形成3.8mm熔核，五层不锈钢板20母材完全熔合，外观质量好。
实施例六
请参阅图1及图2，本实施例提供一种多层薄壁金属材料的焊接方法，包括以下步骤：
S1、将三层金属材料压实，三层金属材料表面贴紧，相邻两层金属材料之间不留间隙。
具体的，所述金属材料为不锈钢板20，不锈钢板20为平面板状，且三层不锈钢板20的厚度均为0.3mm。
S2、将焊接件整体进行预加热，预加热温度为200℃。
对焊接件进行预加热，能够使三层不锈钢板20获得一个较高的初始焊接温度，有利于加速金属板的熔化，提高焊接质量。
S3、将焊枪10的钨极11在距离母材4mm的高度H引弧。
S4、以焊点为中心的区域加热母材。
示范性的，以焊点为中心的区域的直径为6mm，定义为加热区域40。焊接时，焊枪10的钨极11可在该加热区域40内移动，但不能超过该范围，否则会造成加热不集中，降低焊接速度；也不能过于集中一点，否则会带来烧穿的现象。
S5、待区域中的母材达到目标温度580℃，此时母材呈现暗红色，再保持加热时间10秒，然后结束焊接。
焊接完成后，经检验测试，最外层不锈钢板20材料表面变形小于1mm，三层不锈钢板20料经撕破试验合格，材料形成3.5mm熔核，三层不锈钢板20母材完全熔合，外观质量好。
本发明还提供一种使用了上述焊接方法得到的焊接件，焊接件表面变形小，力学性能达标，外观质量好。
需要说明的是，上述实施例中的金属材料不限定于平面板状，还可以是其它形状，例如瓦片状、波浪形等。所述金属材料也不限定与上述实施例中的不锈钢，还可以是常见的铁板、铜板等。
值得一提的是，上述实施例中母材的颜色是本领域技术人员对母材温度达到一定范围的一种直观表述，不同的颜色对应一定的温度范围，对应关系较为稳定。示范性的，不锈钢板20温度达到目标温度550±30℃，即会呈现暗红色。
综上所述，本发明的多层薄壁金属材料的焊接方法，通过将多层金属材料压实，可提高多层金属材料之间的导电性和导热性；将焊接件整体进行预加热，有利于各层金属材料均匀受热、加速熔化；将钨极11在距离母材3-4mm的高度H引弧以及在母材呈现暗红色后再保持加热一段时间，可确保多层金属材料不会出现烧穿现象。采用本发明的焊接方法得到的焊接件，经撕破试验合格，材料变形小，外观质量良好。
在此一并提供本发明多层薄壁金属材料的焊接方法的两组具体对比实验。
在第一组对比实验中，焊枪10的钨极11在距离母材2mm的高度引弧，其它参数与实施例一至六相同。在此种情况下，多层薄壁金属材料的烧穿率为40％。
在第二组对比实验中，焊枪10的钨极11在距离母材6mm的高度引弧，其它参数与实施例一至六相同。此种情况下，多层薄壁金属材料的出现焊不透的概率超过50％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
将多层金属材料压实，相邻两层金属材料之间不留间隙；
将焊接件整体进行预加热；
将焊枪的钨极在距离母材3-4mm的高度引弧；
以焊点为中心的区域加热母材；
待区域中的母材的温度达到目标温度，再保持加热时间T，然后结束焊接。
2.如权利要求1所述的多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，所述金属材料的层数为2-5层。
3.如权利要求1所述的多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，每层所述金属材料的厚度范围为0.3-1mm。
4.如权利要求3所述的多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，所述金属材料的层数为三层，三层所述金属材料的厚度分别为0.3mm、0.3mm和1mm。
5.如权利要求1所述的多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，所述目标温度的取值范围为550±30℃。
6.如权利要求1所述的多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，所述预加热的温度为200-250℃。
7.如权利要求1所述的多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，在焊点周围包覆隔热棉，再进行预加热。
8.如权利要求1所述的多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，所述加热时间T的取值范围为10-20秒。
9.如权利要求1所述的多层薄壁金属材料的焊接方法，其特征在于，所述以焊点为中心的区域的直径为6mm。
10.一种焊接件，其特征在于，所述焊接件使用权利要求1-9任一项所述的焊接方法制得。
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