CN114535847A - 一种采用双电极mag焊接超高强钢的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,本发明涉及双电极气体保护焊接领域。本发明要解决现有方法焊接超高强钢存在冷裂纹及焊接接头强度降低的技术问题。方法:焊件预处理;施焊前点焊固定并设置焊接工艺参数;使用自动焊接设备进行焊接;焊后热处理和消氢处理。本发明在MAG焊接超高强钢方法中引入旁路电极,提高焊条熔覆效率的同时减小了母材电流,使母材热输入保持在一个相对较低的水平,以此来减小焊接应力、焊后变形及焊缝冷裂纹倾向;同时针对多层多道焊方法减少了焊接次数,提高了焊接效率,进一步减小了焊接热影响区的宽度。本发明用于超高强钢板的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及双电极气体保护焊接领域。
背景技术
零部件轻量化作为现今汽车行业的一个重要趋势,越来越多型号的高强钢逐渐代替传统碳钢以达到减轻车身质量、提高防护性能的目的。然而与传统碳钢相比,高强钢,尤其是抗拉强度≥1600MPa的防弹级钢板,其高强高硬的特性和其中含有的大量淬硬性合金元素使得其在焊接热循环中不可避免地会产生裂纹,晶粒长大等缺陷。而焊接时热输入越高,其焊后残余应力越大,焊后缺陷也越明显。因此,降低超高强钢焊接过程中的热输入量成为了改善接头性能的一种重要思路。
目前用于超高强钢焊接的方法主要包括激光焊接、激光-MAG复合焊接和常规弧焊。激光焊接头强度高,热影响区及焊接变形小,但激光焊接易使马氏体分解析出网状渗碳体,导致焊缝中心硬度和冲击韧性偏低且其成本略高;常规弧焊通常采用设置脉冲电流的方法以降低焊缝热输入,但熔敷率依旧与焊缝整体热输入呈相关关系,在焊接薄板时容易造成工件熔透。其他新兴焊接超高强钢方法包括搅拌摩擦焊和高能电子束焊,这些方法均能形成小缺陷、小变形、高强度的焊接接头,但这类方法成本极高,环境受限,不适合大批量生产。
因此,现有的超高强钢板焊接在不采用激光焊接时存在焊缝强度不够的问题,而激光焊接又会导致网状渗碳体析出降低焊缝韧性和硬度,无法满足生产使用要求。
发明内容
本发明要解决现有方法焊接超高强钢存在冷裂纹及焊接接头强度降低的技术问题,而提供一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法。
一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,具体按以下步骤进行:
一、将待焊超高强钢板和焊丝进行预处理;预处理包括打磨、开坡口和预热处理;
二、将步骤一处理后的待焊超高强钢板的焊道两端进行点焊固定,采用MAG焊枪和等离子焊枪,MAG焊枪前置,且MAG焊枪与等离子焊枪呈30~45°角;控制MAG焊枪和等离子焊枪对准焊道上同一焦点,该焦点到等离子弧孔的距离为2~3mm,同时该焦点到MAG导电嘴的距离也为2~3mm;
三、设置焊接工艺参数:控制等离子焊炬引弧电流为15~18A,保护气为Ar、He和O2混合气体,保护气体流量为15~20L/min;
四、采用MAG焊枪和等离子焊枪对待焊超高强钢板形成的焊道进行二道次焊接;
第一道焊缝的参数:焊丝熔化电流220~260A,其中:旁路电流80~100A,MAG电源电流140~160A,焊接电压27~28V,焊接速度16~22m/h;
第二道焊缝的参数:焊丝熔化电流260~300A,其中:旁路电流120~140A,MAG电源电流140~160A,焊接电压28~29V,焊接速度14~18m/h;
五、将步骤四焊接后的焊缝冷却,然后进行淬火处理、低温回火处理和保温消氢处理,完成。
进一步的,步骤一所述待焊超高强钢板的型号为FD56,板厚为10~12mm;焊丝型号为ESAB.OK AUTROD 13.31,焊丝的直径为1.0mm。
所述焊丝成分质量百分含量:C<0.05%,Si<0.3%,Mn为2.0~2.1%,Ni为3.0~3.1%,Cr<0.5%,Mo<0.6%,余量为Fe。
进一步的,步骤一所述坡口为V型坡口,控制坡口角度45~60°,间隙为1~1.5mm,钝边高度为1~2mm。
进一步的,步骤一对坡口两侧20mm内表面进行打磨处理,露出金属外表,清除待焊区50mm内铁锈和油污;控制预热温度为30~60℃。
进一步的,步骤二控制等离子焊枪与焊道方向夹角为105~120°且保持MAG焊枪与等离子焊枪在同一平面内。
步骤二等离子焊枪和MAG熔化极呈正常焊接角度。
进一步的,步骤三所述保护气中氦气体积含量为49~50%,氧气体积含量为1~2%,余量为氩气。
进一步的,步骤四焊接时,控制第一道焊缝温度为100~150℃,再进行第二次焊接。
进一步的,步骤五所述淬火加热温度为870~900℃,保温时间为5~10min;低温回火温度为200~250℃,保温30min。
进一步的,步骤五控制消氢处理温度为100~150℃,处理时间为1~3h。
本发明使用自动焊接设备进行焊接过程。
传统电弧焊的焊丝电流与流过母材电流相等,而双电极的熔化气保焊加入等离子电极提供旁路电流,该电流没有流经母材就直接从焊丝流到了等离子弧的电极上,即等离子弧在焊丝和等离子电极间产生,只用于加热熔化焊丝而不用于加热母材,直接降低了焊缝的热输入量,从而达到减少焊缝裂纹倾向,提高焊缝强度的目的。
本发明在MAG焊接超高强钢方法中引入旁路电极,提高焊条熔覆效率的同时减小了母材电流,使母材热输入保持在一个相对较低的水平,以此来减小焊接应力、焊后变形及焊缝冷裂纹倾向;同时针对多层多道焊方法减少了焊接次数,提高了焊接效率,进一步减小了焊接热影响区的宽度。
本发明的有益效果是:
本发明相比于传统熔化焊,消除了母材电流与焊枪电流之间的关系,即通过外加旁路电流对焊丝电流分流,使流经母材电流小于焊丝电流。由于旁路电流在等离子电极和焊丝间产生且只用于熔化焊丝而不流经母材,使得在提高焊丝熔覆率的同时母材电流和焊缝热输入量并无产生太大变化,变相减小焊接熔池和热影响区宽度,进而改善接头强度,减小焊接裂纹产生倾向和残余应力;且采用双极的弧焊方法焊接速度更快,极大提高了生产率。
本发明相比于激光-熔化复合焊接,激光焊接形成的焊接熔池小,焊缝热影响区小且其热输入更容易控制,能够形成较大熔深较高性能的焊接接头;但激光焊接易造成焊缝中网状渗碳体的析出导致焊缝中心韧性和硬度下降,且其焊接工艺较为复杂,对焊接工况要求苛刻,成本略高。通过调整双极MAG焊接电流控制其熔滴过渡形式为喷射过渡或射流过渡,选择合适的焊接材料、预处理和焊后热处理等步骤也能得到与激光焊强度相当的焊缝。
本发明实现了抗拉强度≥1600MPa的超高强钢板的连接,相比于传统熔焊(MAG焊)接头抗拉强度和硬度均有提高,在经历淬火、低温回火和保温热处理后焊缝抗拉强度最高可达到1100MPa~1200MPa,硬度最高可达到400~450HV10。
本发明用于超高强钢板的焊接。
附图说明
图1为具体实施方式一所述双极MAG焊接超高强钢板示意图,其中1代表等离子焊枪,2代表待焊超高强钢板,3代表MAG焊枪,4代表焊丝,5代表焊缝;
图2为具体实施方式一所述第一道焊缝和第二道焊缝示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,具体按以下步骤进行:
一、将待焊超高强钢板和焊丝进行预处理;预处理包括打磨、开坡口和预热处理;
二、将步骤一处理后的待焊超高强钢板的焊道两端进行点焊固定,采用MAG焊枪和等离子焊枪,MAG焊枪前置,且MAG焊枪与等离子焊枪呈30~45°角;控制MAG焊枪和等离子焊枪对准焊道上同一焦点,该焦点到等离子弧孔的距离为2~3mm,同时该焦点到MAG导电嘴的距离也为2~3mm;
三、设置焊接工艺参数:控制等离子焊炬引弧电流为15~18A,保护气为Ar、He和O2混合气体,保护气体流量为15~20L/min;
四、采用MAG焊枪和等离子焊枪对待焊超高强钢板形成的焊道进行二道次焊接,
第一道焊缝的参数:焊丝熔化电流220~260A,其中:旁路电流80~100A,MAG电源电流140~160A,焊接电压27~28V,焊接速度16~22m/h;
第二道焊缝的参数:焊丝熔化电流260~300A,其中:旁路电流120~140A,MAG电源电流140~160A,焊接电压28~29V,焊接速度14~18m/h;
五、将步骤四焊接后的焊缝冷却,然后进行淬火处理、低温回火处理和保温消氢处理,完成。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一所述待焊超高强钢板的型号为FD56,板厚为10~12mm;焊丝型号为ESAB.OK AUTROD 13.31,焊丝的直径为1.0mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:步骤一所述坡口为V型坡口,控制坡口角度45~60°,间隙为1~1.5mm,钝边高度为1~2mm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤一对坡口两侧20mm内表面进行打磨处理,露出金属外表,清除待焊区50mm内铁锈和油污;控制预热温度为30~60℃。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:步骤二控制等离子焊枪与焊道方向夹角为105~120°且保持MAG焊枪与等离子焊枪在同一平面内。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤三所述保护气中氦气体积含量为49~50%,氧气体积含量为1~2%,余量为氩气。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:步骤四焊接时,控制第一道焊缝温度为100~150℃,再进行第二次焊接。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:步骤五所述淬火加热温度为870~900℃,保温时间为5~10min。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:步骤五所述低温回火温度为200~250℃,保温30min。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是:步骤五控制消氢处理温度为100~150℃,处理时间为1~3h。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例和对比实验验证本发明的有益效果:
实施例一:
本实施例一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,具体按以下步骤进行:
一、将待焊超高强钢板和焊丝进行预处理,待焊区20mm范围露出金属外表,清除待焊区50mm范围内铁锈、油污等,然后开V型坡口,坡口角度60°,间隙为1mm,钝边高度为2mm,预热温度为60℃;
所述待焊超高强钢板的型号为FD56,长度150mm,宽度150mm,板厚10mm;
焊丝型号为ESAB.OK AUTROD 13.31,质量百分含量:C为0.05%,Si为0.3%,Mn为2.0%,Ni为3.0%,Cr为0.5%,Mo为0.6%,余量为Fe;焊丝的直径为1.0mm;
二、将步骤一处理后的待焊超高强钢板的焊道两端进行点焊固定,控制等离子焊枪与焊道方向夹角为120°且保持MAG焊枪与等离子焊枪在同一平面内,采用MAG焊枪和等离子焊枪,MAG焊枪前置,且MAG焊枪与等离子焊枪呈40°角;控制MAG焊枪和等离子焊枪对准焊道上同一焦点,该焦点到等离子弧孔的距离为2mm,同时该焦点到MAG导电嘴的距离也为2mm;
三、设置焊接工艺参数:控制等离子焊炬引弧电流为18A,保护气为Ar、He和O2混合气体,保护气体流量为20L/min;
所述保护气中氦气体积含量为49%,氧气体积含量为1%,余量为氩气;
四、采用MAG焊枪和等离子焊枪对待焊超高强钢板形成的焊道进行二道次焊接,先由起始点到终点进行第一次焊接形成第一道焊缝,然后再由起始点到终点进行第二次焊接形成第二道焊缝;控制第一道焊缝温度为150℃,再进行第二次焊接;
第一道焊缝的参数:焊丝熔化电流240A,其中:旁路电流80A,MAG电源电流160A,焊接电压28V,焊接速度22m/h;
第二道焊缝的参数:焊丝熔化电流300A,其中:旁路电流140A,MAG电源电流160A,焊接电压29V,焊接速度18m/h;
五、将步骤四焊接后的焊缝冷却,然后进行淬火处理、低温回火处理和保温消氢处理,所述淬火加热温度为900℃,保温时间为8min;低温回火温度为250℃,保温30min;控制消氢处理温度为150℃,处理时间为1h;完成。
将本实施例焊接获得的钢板的焊缝部位进行显微硬度测试:采用双电极MAG焊接超高强钢板经淬火、低温回火和保温热处理后其焊缝中心位置硬度为430HV10,抗拉强度为1150MPa,约为母材强度的70%。焊缝硬度及强度较母材均有降低表明,焊缝热输入使得焊缝区晶粒有一定程度的长大,且热处理无法完全弥补焊后晶粒粗大所造成的焊缝抗拉强度、韧性以及硬度的损失;同时,通过控制焊接参数使熔滴过渡形式为射流过渡,配合等离子弧焊电极,能够使焊缝在得到较大熔深的同时,相对减小焊缝熔宽,使焊接热源更为集中从而得到了更窄的焊缝热影响区。测试表明焊缝力学性能符合生产使用要求。
Claims (10)
1.一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于该方法具体按以下步骤进行:
一、将待焊超高强钢板和焊丝进行预处理;预处理包括打磨、开坡口和预热处理;
二、将步骤一处理后的待焊超高强钢板的焊道两端进行点焊固定,采用MAG焊枪和等离子焊枪,MAG焊枪前置,且MAG焊枪与等离子焊枪呈30~45°角;控制MAG焊枪和等离子焊枪对准焊道上同一焦点,该焦点到等离子弧孔的距离为2~3mm,同时该焦点到MAG导电嘴的距离也为2~3mm;
三、设置焊接工艺参数:控制等离子焊炬引弧电流为15~18A,保护气为Ar、He和O2混合气体,保护气体流量为15~20L/min;
四、采用MAG焊枪和等离子焊枪对待焊超高强钢板形成的焊道进行二道次焊接,
第一道焊缝的参数:焊丝熔化电流220~260A,其中:旁路电流80~100A,MAG电源电流140~160A,焊接电压27~28V,焊接速度16~22m/h;
第二道焊缝的参数:焊丝熔化电流260~300A,其中:旁路电流120~140A,MAG电源电流140~160A,焊接电压28~29V,焊接速度14~18m/h;
五、将步骤四焊接后的焊缝冷却,然后进行淬火处理、低温回火处理和保温消氢处理,完成。
2.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤一所述待焊超高强钢板的型号为FD56,板厚为10~12mm;焊丝型号为ESAB.OK AUTROD 13.31,焊丝的直径为1.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤一所述坡口为V型坡口,控制坡口角度45~60°,间隙为1~1.5mm,钝边高度为1~2mm。
4.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤一对坡口两侧20mm内表面进行打磨处理,露出金属外表,清除待焊区50mm内铁锈和油污;控制预热温度为30~60℃。
5.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤二控制等离子焊枪与焊道方向夹角为105~120°且保持MAG焊枪与等离子焊枪在同一平面内。
6.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤三所述保护气中氦气体积含量为49~50%,氧气体积含量为1~2%,余量为氩气。
7.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤四焊接时,控制第一道焊缝温度为100~150℃,再进行第二次焊接。
8.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤五所述淬火加热温度为870~900℃,保温时间为5~10min。
9.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤五所述低温回火温度为200~250℃,保温30min。
10.根据权利要求1所述的一种采用双电极MAG焊接超高强钢的方法,其特征在于步骤五控制消氢处理温度为100~150℃,处理时间为1~3h。
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