CN113500275A - 一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊焊缝成形与性能的gmaw焊接工艺 - Google Patents

一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊焊缝成形与性能的gmaw焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善薄板钢材高速搭接焊焊缝成形与性能的GMAW焊接工艺，适用于高速焊接技术领域。该工艺针对薄板钢材高速焊接过程难以获得稳定的熔滴过渡模式，焊缝成形不良，出现驼峰焊道、咬边等缺欠，在不改变焊接方法，保证低成本、高适用性的前提下，通过调整待焊工件的实际焊接位置，搭配合理的焊枪行走角度与工作角度，获得足够填充金属量的同时改善了焊缝形貌，实现了1.5mm‑2mm厚度薄板钢材在高速(大于20mm/s)焊接条件下的搭接焊接过程，焊缝连续性与均匀性良好，焊趾处过渡平缓，无明显焊接缺陷。该工艺能够显著提高薄板钢材搭接焊的焊接速度，改善焊缝成形质量，提高焊缝性能。本发明对于促进GMAW高速焊接工艺在薄板搭接焊领域的应用与发展具有重要意义。

Description

一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊焊缝成形与性能的GMAW焊 接工艺
技术领域
本发明提出的一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊焊缝成形与性能的GMAW焊接工艺。属于高速电弧焊接技术领域，适用于薄板钢材搭接接头的高速焊接过程。
背景技术
相比于对接焊，搭接焊由于焊前装配简单、接头横向收缩量比对接接头小，在船舶、车辆和压力容器等领域都有着广泛的应用。熔化极气体保护电弧焊接(GMAW)工艺因具有成本低、适用性强、操作简单、易于实现自动化等优点，特别适用于薄板钢材的自动搭接焊。当今社会经济的快速发展和市场竞争的日趋激烈促使现代制造业对于焊接效率提出了越来越高的要求，尤其是在薄板焊接环节迫切需要大幅度提高焊接速度，其中，实现薄板优质高效搭接焊现已成为各大制造企业提高产品质量和生产效率的关键环节。
然而在实际焊接生产过程中，薄板对于焊接热输入极为敏感，同时当GMAW焊接速度高于一定的临界值时，由于电弧压力、熔滴冲击力和表面张力等作用，焊接过程极易产生未熔合、咬边和驼峰焊道等焊接缺欠，严重影响了焊接质量，限制了焊接速度，降低了生产效率，最终影响企业的经济效益。
针对上述问题，国内外主要采取诸多激光-电弧复合焊等多热源复合焊接工艺，利用多电弧的焊接特性搭配，获得了较好的焊缝成形质量与接头力学性能，有效提高了薄板焊接效率。但是复合热源焊接下艺性复杂，设备成本较高，且针对于一定实际生产场合的适用性较差，难以大面积推广到企业实际自动化焊接生产线。
目前，单一GMAW焊接工艺条件下的薄板钢材高速搭接焊过程尚未得到较好的优化，一定程度上也制约了高速电弧焊接技术的发展。
发明内容
鉴于背景技术的局限性，本发明提出了一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊焊缝成形与性能的GMAW焊接工艺，能够在不改变焊接工艺的前提下，解决高速焊接过程中出现的咬边、驼峰焊道等焊接缺欠，大幅提高搭接焊的焊接速度，获得有效、连续且均匀的焊缝成形，具有可靠性高、灵活性好和成本低等优点。
本发明的技术方案为：
一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊缝成形与性能的GMAW焊接工艺，采用厚度为1.5mm和1.8mm厚度低碳钢板作为焊接母材；焊接接头为搭接形式，搭接量为10mm；采用GMAW电弧作为焊接热源，焊接电流为170A-200A，焊接电压为27V-30V，焊接速度为20-25mm/s，焊丝直径为1.2mm，干伸长为13-15mm，工件倾斜角度为25-30°，保护气体为80％Ar+20％CO2混合气，流量为15-20L/min。
进一步地，所述的待焊工件倾斜角度和焊枪姿态采用量角器进行设定，以实现搭接焊过程中待焊工件位置与焊枪角度的变化，从而明确倾斜角度与焊接速度的变化关系。
进一步地，所采用的GMAW焊接设备为福尼斯TPS5000数字化焊机，焊接机器人为安川MOTOMAN-GP12/AR1440六轴机器人。
进一步地，焊接过程中的具体焊接参数通过焊机进行直接设置，具体焊枪姿态和焊接路径通过机器人面板进行直接设置。
进一步地，增加工件倾斜角度与焊接速度的同时需要适当调高焊接参数以保证焊接热输入与焊缝金属填充量的稳定。
进一步地，焊接完成后，对焊缝宏观成形以及横截面金相形貌进行制样、拍摄。对焊接试板进行加工，制备拉伸试样，进行拉剪性能测试。
本发明的有益效果为：首先，一定的待焊工件倾斜角度搭配适当的焊枪角度能够影响高速焊接过程中动能较大的后向液体流，从而改变熔池受力情况，减少熔池尾部出现的液体堆积和熔池中部液体薄层的出现，避免咬边、驼峰焊道等焊接缺欠的出现。其次，焊接速度提高的同时，使焊缝金属填充量与弧压增大，焊缝整体过渡更加平缓，可以有效地减少焊趾处的应力集中，优化焊缝表面成形，提升焊缝的性能。因此，该工艺能够有效提高薄板钢材搭接焊过程的焊接速度，显著改善焊缝成形质量和接头的力学性能。
附图说明
图1薄板钢材搭接焊示意
图2实施例1-2焊缝表面宏观形貌及焊缝宽度
图3实施例1-2焊缝横截面金相形貌
图4实施例1-2搭接接头拉伸试验结果
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明
实施例1
采用1.8mm厚度DC01EK低碳钢薄板作为焊接母材，通过线切割方式将试样规格加工至350mm×150mm×1.8mm，接头形式为搭接，搭接量为10mm；焊前对母材表面进行机械清理，并采用丙酮对母材表面进行擦拭，以去除表面氧化物和油污等杂质。焊接过程中，焊接试板由两块钢板进行夹持固定。
焊接采用TPS5000数字化GMAW焊机与安川MOTOMAN-GP12/AR1440六轴机器人，焊丝采用ER50-6，直径为1.2mm。焊接电流为185A-195A，焊接电压为29V-31V，焊接速度为22mm/s，焊枪行走角与工作角分别为65°和75°，焊接试板倾斜角度为25°，焊丝干伸长为15mm，保护气为80％Ar+20％CO2混合气，流量为20L/min。
焊后对焊缝表面成形进行拍摄，并通过机械切割、镶嵌、研磨、抛光、腐蚀等流程制备焊缝金相试样，拍摄横截面金相形貌。按照国标尺寸对焊后工件进行加工制备拉伸试样，进行接头拉剪性能测试。
实施例2
采用1.5mm厚度TC300低碳钢薄板作为焊接母材，通过线切割方式将试样规格加工至350mm×150mm×1.5mm，接头形式为搭接，搭接量为10mm；焊前对母材表面进行机械清理，并采用丙酮对母材表面进行擦拭，以去除表面氧化物和油污等杂质。焊接过程中，焊接试板由两块钢板进行夹持固定。
焊接采用TPS5000数字化GMAW焊机与安川MOTOMAN-GP12/AR1440六轴机器人，焊丝采用ER50-6，直径为1.2mm。焊接电流为165A-175A，焊接电压为28V-29V，焊接速度为22mm/s，焊枪行走角与工作角分别为65°和75°，焊接试板倾斜角度为25°，干伸长为15mm，保护气为80％Ar+20％CO2混合气，流量为20L/min。
焊后对焊缝表面成形进行拍摄，并通过机械切割、镶嵌、研磨、抛光、腐蚀等流程制备焊缝金相试样，拍摄横截面金相形貌。按照国标尺寸对焊后工件进行加工制备拉伸试样，进行接头拉剪性能测试。
实例1-2所得到的焊接接头表面形貌如图2所示，横截面金相形貌如图3所示，拉伸试样结果如图4所示。在焊接倾角为25°时，焊接速度为22mm/s时，焊缝表面呈现出较高的连续性、匀性性，相邻焊趾之间熔合良好且过渡平缓，未出现焊偏、焊漏、咬边和驼峰焊道等焊接缺陷，焊接飞溅较小；从截面形貌来看，焊缝表面熔宽较大，深宽比适中，未观察到明显的气孔、裂纹、未熔合等内部缺陷。当板厚减少至1.5mm时，焊缝形貌与缺陷控制仍维持在较高水平。从拉伸试样结果来看，搭接试样在拉伸过程中收到剪切、弯矩复合力作用，最终均断裂于母材处，满足拉伸性能要求。
实施例结果分析表明，本发明所提出的基于改变焊接工件倾斜角度与焊枪角度的GMAW弧焊工艺及参数能够有效地解决薄板钢材电弧搭接焊高速焊接过程出现的驼峰焊道、咬边等焊接缺欠，在提高焊接速度的同时得到良好的焊缝成形质量，焊接速度提高一倍以上。本发明对于推动高速电弧焊接工艺的发展，促进GMAW焊接工艺在薄板搭接领域广泛应用提供了一项重要的技术参考，具有潜在的经济与社会效益。
以上所述，仅是本发明的部分实施例，并非本发明任何形式上的限制。任何熟悉本专业领域的人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊缝成形与性能的GMAW焊接工艺，其特征在于：焊接母材为1.8mm厚度DC01EK低碳钢薄板，采用搭接接头形式，搭接量为10mm；采用GMAW电弧作为焊接热源，采用ER50-6焊丝，直径为1.2mm。焊接电流为185A-195A，焊接电压为29V-31V，焊接速度为22mm/s，焊枪行走角与工作角分别为65°和75°，试板倾斜角度为25°，干伸长为15mm，保护气为80％Ar+20％CO2混合气，流量为20L/min。
2.一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊缝成形与性能的GMAW焊接工艺，其特征在于：焊接母材为1.5mm厚度TC300低碳钢薄板，采用搭接接头形式，搭接量为10mm；采用GMAW电弧作为焊接热源，采用ER50-6焊丝，直径为1.2mm。焊接电流为165A-175A，焊接电压为28V-29V，焊接速度为22mm/s，焊枪行走角与工作角分别为65°和75°，试板倾斜角度为25°，干伸长为15mm，保护气为80％Ar+20％CO2混合气，流量为20L/min。
3.根据权利要求1和2所述的一种改善薄板钢材高速电弧搭接焊缝成形与性能的GMAW焊接工艺，其特征在于：通过调节焊接工件的在实际焊接过程中的倾斜角度，以及焊枪行走角与工作角，并对焊接参数进行调节放大，从而提高焊接过程的实际焊接速度。
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