CN112475562A

CN112475562A - 焊接方法

Info

Publication number: CN112475562A
Application number: CN202011320672.2A
Authority: CN
Inventors: 王新; 安小东; 何双旺; 谷孝满; 张琦
Original assignee: Panasonic Welding Systems Tangshan Co Ltd
Current assignee: Panasonic Welding Systems Tangshan Co Ltd
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-03-12

Abstract

本公开提供一种焊接方法，涉及焊接技术领域。该焊接方法包括：对待焊接试件开坡口，以形成具有钝边及预设角度坡口的焊接部位；清洗所述焊接部位；以含钛元素的焊丝作为填充金属，采用脉冲焊接的方式对所述焊接部位进行初步焊接；采用抽拉丝工法通过直线往复摆动的方式对所述坡口进行二次焊接。本公开的焊接方法可增强焊缝的韧度和延展性，提高焊接接头的力学性能。

Description

焊接方法

技术领域

本公开涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种焊接方法。

背景技术

随着制造业的迅速发展，不锈钢材料因具有良好的高温性能，进而被广泛地应用于煤化工、能源、石油精炼等高端制造业的制造设备中。在设备制造过程中需要对不锈钢板材进行平对接焊接。然而，受焊接工艺影响，使得焊接接头力学性能较差。因此，亟待开发出与不锈钢材料相应配套的焊接技术，以获得与母材力学性能相匹配的焊接接头。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种焊接方法，可增强焊缝的韧度和延展性，提高焊接接头的力学性能。

根据本公开的一个方面，提供一种焊接方法，包括：

对待焊接试件开坡口，以形成具有钝边及预设角度坡口的焊接部位；

清洗所述焊接部位；

以含钛元素的焊丝作为填充金属，采用脉冲焊接的方式对所述焊接部位进行初步焊接；

采用抽拉丝工法通过直线往复摆动的方式对所述坡口进行二次焊接。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述焊接试件的材料为高铝铁素体耐热不锈钢。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述清洗所述焊接部位，包括：

采用有机溶剂清洗所述焊接部位，以去除油污；

采用砂纸打磨所述坡口及其周边部位，以去除氧化膜。

在本公开的一种示例性实施方式中，焊接焊头摆动到所述坡口远离所述钝边的端部时停留预设时间。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述预设时间为0.1秒。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述高铝铁素体耐热不锈钢包括碳、硅、锰、磷、硫、铬、铝和氮元素。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述坡口两侧的钝边的间隙为0mm～2mm，所述焊丝的丝径为1.2mm。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述预设角度的范围为45°～90°；所述钝边的厚度为0mm～2mm。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述脉冲焊接的热输入为0.192KJ/mm～0.256KJ/mm，焊接速度为0.5m/min～0.6m/min。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述抽拉丝工法的焊接热输入为0.269KJ/mm～0.311KJ/mm，焊接速度为0.4m/min～0.5m/min。

本公开的焊接方法，一方面，可通过清洗焊接部位，去除焊接部位的杂质，避免焊接过程中引入其他杂质而影响焊接接头的力学性能。另一方面，由于钛为稳定化元素，以其作为填充金属可便于控制晶粒尺寸，防止晶粒长大，进而避免由此产生的脆化，可增强焊缝的韧度和延展性。再一方面，采用抽拉丝工法进行焊接，可实现了相同填丝量下的较低热输入，从而可以避免热输入过大导致的晶粒粗大；同时，采用直线往复摆动方式进行焊接，可增加焊缝两端的停留时间，既可降低焊缝中心的能量，又可提高焊缝两端的能量，避免焊缝中心能量过高而导致的晶粒粗大和焊缝两端能量过低所产生的未熔合。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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的附图。

图1为本公开实施方式焊接方法的流程图。

图2为本公开实施方式待焊接试件的示意图。

图3为本公开实施方式中步骤S120的流程图。

图4为本公开实施方式待焊接试件的俯视图。

图中：1、待焊接试件；11、钝边；12、坡口。

具体实施方式

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。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”、“第二”和“第三”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开实施方式提供了一种焊接方法，如图1所示，该焊接方法可以包括：

步骤S110，对待焊接试件开坡口，以形成具有钝边及预设角度坡口的焊接部位；

步骤S120，清洗所述焊接部位；

步骤S130，以含钛元素的焊丝作为填充金属，采用脉冲焊接的方式对所述焊接部位进行初步焊接；

步骤S140，采用抽拉丝工法通过直线往复摆动的方式对所述坡口进行二次焊接。

下面对本公开实施方式焊接方法的各步骤进行详细说明：

如图1所示，步骤S110，对待焊接试件开坡口，以形成具有钝边及预设角度坡口的焊接部位。

如图2所示，待焊接试件1可呈板状，其可为平板结构。举例而言，待焊接试件1可为矩形板、圆形板或不规则形状的板状结构，在此不做特殊限定。待焊接试件1可由不锈钢材料构成，举例而言，其材料可为高铝铁素体耐热不锈钢(X10CrAlSi18)。在一实施方式中，该高铝铁素体耐热不锈钢可包括铁、碳、硅、锰、磷、硫、铬、铝和氮等元素，其中，碳元素的质量分数可为0.09％，硅元素的质量分数可为1.01％，锰元素的质量分数可为0.89％，磷元素的质量分数可为0.007％，硫元素的质量分数可为0.005％，铬元素的质量分数可为18.02％，铝元素的质量分数可为0.98％，氮元素的质量分数可为0.0122％，其余可为铁元素。当然，还可根据性能需求适当添加其他元素，在此不做特殊限定。

在本公开的一种实施方式中，待焊接试件1可为矩形板状结构，其长度可为300mm，宽度可为120mm，厚度可为6mm。可通过机械加工工艺对待焊接试件1开坡口12，以形成具有钝边11及预设角度坡口12的焊接部位，以便对焊接部位进行焊接，从而验证焊缝的力学性能。

举例而言，在对待焊接试件1进行平对接焊接的过程中，可将待焊接试件1放置于陶瓷衬垫上，可通过机械加工工艺沿待焊接试件1的宽度方向开坡口12，坡口12可贯通于待焊接试件1的宽度方向。

坡口12可为预设角度θ，该预设角度θ的范围可为45°～90°。举例而言，其可为45°、60°、75°或90°，当然，也可以是其他角度，在此不再一一列举。钝边11可位于坡口12两侧，并可连接于坡口12底部，其厚度可为0mm～2mm，例如，其可为0mm、0.5mm、1mm、1.5mm或2mm，位于坡口12两侧的钝边11的间隙可为0mm～2mm，举例而言，其可为0mm、0.5mm、1mm、1.5mm或2mm，当然，也可以是其他厚度或间隙，在此不对钝边11的厚度及位于坡口12两侧的钝边11的间隙做特殊限定。例如，当待焊接试件1的厚度为6mm时，钝边11的厚度可为2mm，且位于坡口12两侧的钝边11的间隙可为2mm。

如图1所示，步骤S120，清洗所述焊接部位。

在进行焊接之前，可对焊接部位进行清洗，以清除焊接部位及其周边的杂质，避免焊接过程中引入其他杂质而影响焊接接头的力学性能。在本公开的一实施方式中，如图3所示，步骤S120可包括步骤S1201～步骤S1202，其中：

步骤S1201，采用有机溶剂清洗所述焊接部位，以去除油污。

可采用有机溶剂擦拭焊接部位，进而去除焊接部位及其周边部位的油污。有机溶剂可以是酒精、丙酮或异丙醇等，当然，也可以是其他可以去除油污且不损伤焊接部位的溶剂，在此不做特殊限定。在一实施方式中，可分别采用酒精和丙酮进行多次清洗，以便彻底清除油污。例如，可先采用酒精擦拭焊接部位及其周边部位，待酒精完全挥发后，可采用丙酮对焊接部位及其周边部位进行二次清洗。

步骤S1202，采用砂纸打磨所述坡口12及其周边部位，以去除氧化膜。

可采用打磨的方式去除焊接部位及其周边部位的氧化层，并使坡口12及其周边部位保持光滑平整。举例而言，可利用人工通过手工打磨的方式去除氧化层，例如，可采用砂纸打磨坡口12及其周边部位，可先采用目数较小的砂纸进行初步打磨，再采用目数较大的砂纸进行进一步打磨。此外，也可采用机械抛光的方式清除坡口12及其周边的氧化层，在此不做特殊限定。

如图1所示，步骤S130，以含钛元素的焊丝作为填充金属，采用脉冲焊接的方式对所述焊接部位进行初步焊接。

可对焊接部位进行初步焊接，该初步焊接可为打底焊接，以保证单面焊，双面成形。例如，可采用脉冲焊接的方式进行初步焊接。在焊接之前可采用降温组件降低待焊接试件1的层间温度，进而可在一定程度上避免晶粒过大和金属间相AlN和M₂₃C₆碳化物的析出，此外，还可避免预热，简化工艺。可以含碳稳定化元素的钛焊丝ER321作为填充金属，从而减少高温脆化(HTE)带来的负面影响，此外，将钛稳定化元素应用于焊丝中可便于控制晶粒长大，降低由此引起的脆化作用，可增强焊缝的韧度和延展性。

可将焊丝装入送丝装置内，可通过送丝装置设置焊接参数。焊接参数可以包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、热输入、丝径、材质、气体等，当然，还可以是其他参数，在此不再一一列举。本公开的一种实施方式中，焊丝可为含碳稳定化元素的钛焊丝ER321，丝径可为1.2mm，气体可为氩气和2.5％二氧化碳，气体流量可为15L/min；脉冲焊接的焊接电流可为160A，焊接电压可为20V，焊接速度可为0.5m/min～0.6m/min，热输入可为0.192KJ/mm～0.256KJ/mm。

需要说明的是，焊丝的丝径可与坡口12两侧钝边11的间距及开坡口12的角度相匹配，可根据实际尺寸需要合理选择丝径，本公开仅示例性的示出丝径与两侧钝边11的间距之间的关系，在此不对丝径做特殊限定。

如图1所示，步骤S140，采用抽拉丝工法通过直线往复摆动的方式对所述坡口12进行二次焊接。

如图4所示，可采用唐山松下S-AWP自动焊机器人的抽拉丝工法对高频变速送丝进行控制，进而完成填充盖面焊接，在一实施方式中，频率可为120Hz。在焊接过程中，可沿图中箭头方向前进，通过在短路瞬间降低焊接电流，并可将焊丝进行回抽来减小飞溅和热输入，在燃弧后，可继续将焊丝回抽到一定的高度，再进行正向高速送丝，直至短路再次发生。焊丝的高频回抽既可降低焊接飞溅，又可减少焊接热输入，进而减小功耗。

在采用抽拉丝法进行回抽的过程中，可控制焊接焊头沿坡口12进行左右往复摆动，摆动可沿直线进行，并在焊头摆动到坡口12远离钝边11的端部时，可使焊接焊头在此处停留预设时间，通过增加焊头在焊缝两端的停留时间，可降低焊缝中心的能量，提高焊缝两端的能量，避免焊缝中心能量过高而导致的晶粒粗大和焊缝两端能量过低所产生的未熔合。预设时间可为0.1秒、0.2秒或0.3秒等，在此不做特殊限定。

在通过抽拉丝工法焊接过程中，焊接热输入可为0.269KJ/mm～0.311KJ/mm，以保证焊缝饱满，熔合线整齐、无咬边和未熔合等现象。举例而言，热输入可为0.269KJ/mm、0.279KJ/mm、0.289KJ/mm、0.299KJ/mm或0.311KJ/mm，当然，也可以是其他热输入，在此不再一一列举。焊接速度可为0.4m/min～0.5m/min，例如，其可以是0.4m/min、0.42m/min、0.44m/min、0.46m/min、0.48m/min或0.5m/min，在此不对焊接速度做特殊限定。

在本公开的第一种实施方式中，脉冲焊接的焊接电流可为160A，焊接电压可为20.0V，焊接速度可为0.5m/min～0.6m/min，热输入可为0.192KJ/mm～0.256KJ/mm。抽拉丝工法焊接的焊接电流可为140A，焊接电压可为16.0V，焊接速度可为0.4m/min；热输入可为0.269KJ/mm；热效率系数可为0.8。在进行二次焊接时，可采用直线摆动的方式进行，在摆动过程中，左边摆幅A2＝右边摆幅A1＝4mm，焊头摆动到坡口12远离钝边11的端部时停留时间可均为T1＝T2＝0.1s。

在本公开的第二种实施方式中，脉冲焊接的焊接电流可为160A，焊接电压可为20.0V，焊接速度可为0.5m/min～0.6m/min，热输入可为0.192KJ/mm～0.256KJ/mm。抽拉丝工法焊接的焊接电流可为150A，焊接电压可为16.6V，焊接速度可为0.4m/min；热输入可为0.299KJ/mm；热效率系数可为0.8。在进行二次焊接时，可采用直线摆动的方式进行，在摆动过程中，左边摆幅A2＝右边摆幅A1＝4mm，焊头摆动到坡口12远离钝边11的端部时停留时间可均为T1＝T2＝0.1s。

在本公开的第三种实施方式中，脉冲焊接的焊接电流可为160A，焊接电压可为20.0V，焊接速度可为0.5m/min～0.6m/min，热输入可为0.192KJ/mm～0.256KJ/mm。抽拉丝工法焊接的焊接电流可为180A，焊接电压可为18V，焊接速度可为0.5m/min；热输入可为0.311KJ/mm；热效率系数可为0.8。在进行二次焊接时，可采用直线摆动的方式进行，在摆动过程中，左边摆幅A2＝右边摆幅A1＝4mm，焊头摆动到坡口12远离钝边11的端部时停留时间可均为T1＝T2＝0.1s。

在焊接完成后，可将焊接后的时间加工成标准拉伸试样，可通过拉伸试验验证焊接后试件的力学性能。经过拉伸试验，检测到焊接后的试件的屈服强度≥358Mpa，抗拉强度≥513Mpa，伸长率≥16.3％。因此，通过本公开焊接方法焊接后的试件具有良好的力学性能。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims

1.一种焊接方法，其特征在于，包括：

清洗所述焊接部位；

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接试件的材料为高铝铁素体耐热不锈钢。

3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述清洗所述焊接部位，包括：

采用有机溶剂清洗所述焊接部位，以去除油污；

采用砂纸打磨所述坡口及其周边部位，以去除氧化膜。

4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，焊接焊头摆动到所述坡口远离所述钝边的端部时停留预设时间。

5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，所述预设时间为0.1秒。

6.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述高铝铁素体耐热不锈钢包括碳、硅、锰、磷、硫、铬、铝和氮元素。

7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述坡口两侧的钝边的间隙为0mm～2mm，所述焊丝的丝径为1.2mm。

8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述预设角度的范围为45°～90°；所述钝边的厚度为0mm～2mm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述脉冲焊接的热输入为0.192KJ/mm～0.256KJ/mm，焊接速度为0.5m/min～0.6m/min。

10.根据权利要求1-8任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述抽拉丝工法的焊接热输入为0.269KJ/mm～0.311KJ/mm，焊接速度为0.4m/min～0.5m/min。