CN114952007B - 一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-mag复合焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于不锈钢复合板拼焊的激光‑MAG复合焊接方法，第一步、准备好需要焊接的各块不锈钢复合板；第二步、利用激光清洗机对每块不锈钢复合板的焊接区域进行除锈除油；第三步、准备好工装夹具，将两块不锈钢复合板安装至工装夹具上，并固定；第四步、对预留垂直的角边进行弧焊点固，确保拼接间距为0.45～0.6mm；第五步、用压板固定住板材；第六步、沿焊接方向采用激光束在前，电弧在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：光丝夹角为20°～50°，激光光斑直径0.3mm～0.6mm，激光功率3KW～7KW，电弧电流200A～300A，电弧电压28.9～30V，焊接效果好，焊接效率高。

Description

一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法
技术领域
本发明涉及激光复合焊接方法技术领域，尤其是一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法。
背景技术
不锈钢复合板(SCSP)是以不锈钢为复层，低碳钢或者低合金钢为基层形成的一种复合结构材料。由复层保证耐蚀性能，强度主要靠基层获得，这样可以节约大量不锈钢，具有良好的经济价值。不锈钢复合板由于具有良好的综合性能和价格上风，在石油化工、食品产业等领域得到日益广泛的应用。不锈钢复合板焊接既不同于不锈钢，也不同于碳钢或低合金钢，而有其特点和难度。不锈钢复合板的基层与复层交界处的焊接属异种钢焊接，其焊接性主要取决于复层和基层的物理性能、化学性能、接头形式及填充金属种类，常产生高温结晶裂纹、延迟裂纹和脆化问题。
目前，现有技术中常用氩弧焊焊接复层、焊条电弧焊焊接基层。为了保证复合钢板不失去原有的综合性能，基层与复层必须分别进行焊接；基层的焊接工艺与珠光体相同，复层的焊接工艺与相应的不锈钢相似，而基层与复层交界处的异种金属焊接是关键。这种焊接方法存在工序复杂、效率低的缺点。
因此，需要寻求一种新的焊接工艺解决此类问题。激光电弧复合焊接是采用激光与电弧组合的复合热源焊方式，具有热输入低、焊接速度快、焊接变形小、接头间隙容忍度高等优点，从而在提高SCSP焊接效率和焊缝性能方面有着较大的优势。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，从而通过拼接时预留装配间距及优化的焊接参数，实现了不锈钢复合板的拼焊工作，其焊缝接头性能优于常规MAG焊，焊接速度可达到1.5m/min以上，焊接效率相比常规MAG焊接提高五倍。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，包括不锈钢复合板，所述不锈钢复合板以304不锈钢为复层，Q235碳钢为基层，每块不锈钢复合板的端面设置有垂直的角边，相邻两块不锈钢复合板之间通过激光-MAG复合热源在保护气体下实施单侧单道单层双面成型拼焊，具体工艺过程如下：
第一步、准备工作：准备好需要焊接的各块不锈钢复合板；
第二步、焊前准备工作：利用激光清洗机对每块不锈钢复合板的焊接区域进行除锈除油；
第三步、拼接工作：准备好工装夹具，将两块不锈钢复合板安装至工装夹具上，并固定；
第四步、预焊工作：对预留垂直的角边进行弧焊点固，确保拼接间距为0.45～0.6mm；
第五步、装夹工作：用压板固定住板材；
第六步、激光-MAG复合焊接：沿焊接方向采用激光束在前，电弧在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：光丝夹角为20°～50°，激光光斑直径0.3mm～0.6mm，激光功率3KW～7KW，电弧电流200A～300A，电弧电压28.9～30V。
其进一步技术方案在于：
不锈钢复合板的基层在上，复合层在下。
第六步中，电弧焊枪与不锈钢复合板表面的夹角为40°～70°，焊接速度为1.5m/min～5m/min，光丝间距为2mm～5mm。
保护气体流量15L/min～30L/min，保护气体为氩气和二氧化碳的混合气体，二氧化碳体积含量0～20％。
所述不锈钢复合板的厚度为5mm～7mm。
所用的焊丝的直径为1.2mm，焊丝干伸长度为14～17mm。
第三步中，所述工装夹具的结构为：包括底座，所述底座上表面中部开有凹槽，所述凹槽上部的底座表面分别放置不锈钢复合板，不锈钢复合板的端面设置有垂直的角边，垂直的角边与凹槽的边缘对应，不锈钢复合板的上部间隔压有压板，所述压板利用螺钉锁紧；所述底座的端部开有一号进气孔和二号进气孔，所述凹槽的内侧边开有出气孔。
压板为长条形结构。
压板采用薄型板。
压板上开有长圆孔。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，利用激光-MAG复合热源在保护气体下对其实施单侧单道单层双面成型拼焊，并对不锈钢复合板一次性焊接完成，无需现有技术中基层与复层分别进行焊接的复杂工艺，大大提高了工作效率，焊接质量优。
本发明在保证焊缝接头性能优于常规MAG焊的基础上，通过拼接时预留装配间距，可以实现不锈钢复合板的单侧单道单层双面成型焊接，焊接速度可达到1.5m/min以上，焊接效率相比常规MAG焊接提高五倍，0.45～0.6mm拼接间距提升了激光-MAG复合焊接在不锈钢复合板拼焊的可操作性。
本焊接方法在焊缝部位预留垂直的角边，较传统方法拼接焊缝机械加工双边预留V-型坡口，并且需要留有钝边，然后采用钨极氩弧焊首先进行打底焊接，然后再进行多层多道焊接，本发明省去V-型坡口及钝边加工工艺，在不需要开坡口的情况下，直接在焊缝区域进行施焊，实现单层单道焊接并且双面成型，既节省了焊接材料的填充，也简化了施焊工艺，焊接过程由于采用单层单道且焊接效率优于传统多层焊接工艺，焊后工件变形小，焊缝接头质量好，节省了焊接节拍。焊缝呈现单面焊接双面成型，即在正面施焊，背面焊缝也能够成型良好。
附图说明
图1为本发明焊接时的结构示意图。
图2为本发明工装夹具的结构示意图。
其中：1、激光束；2、焊枪头；3、焊丝；4、碳钢；5、304不锈钢；6、不锈钢复合板；7、底座；8、压板；9、螺钉；10、长圆孔；11、一号进气孔；12、凹槽；13、出气孔；14、二号进气孔。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1和图2所示，本实施例的用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，包括不锈钢复合板6，不锈钢复合板6以304不锈钢5为复层，Q235碳钢4为基层，每块不锈钢复合板6的端面设置有垂直的角边，相邻两块不锈钢复合板6之间通过激光-MAG复合热源在保护气体下实施单侧单道单层双面成型拼焊，具体工艺过程如下：
第一步、准备工作：准备好需要焊接的各块不锈钢复合板6；
第二步、焊前准备工作：利用激光清洗机对每块不锈钢复合板6的焊接区域进行除锈除油；
第三步、拼接工作：准备好工装夹具，将两块不锈钢复合板6安装至工装夹具上，并固定；
第四步、预焊工作：对预留垂直的角边进行弧焊点固，确保拼接间距为0.45～0.6mm；
第五步、装夹工作：用压板8固定住板材；
第六步、激光-MAG复合焊接：沿焊接方向采用激光束1在前，焊枪头2在后，电弧在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：光丝夹角为20°～50°，激光光斑直径0.3mm～0.6mm，激光功率3KW～7KW，电弧电流200A～300A，电弧电压28.9～30V。
不锈钢复合板6的基层在上，复合层在下。
第六步中，电弧焊枪与不锈钢复合板6表面的夹角为40°～70°，焊接速度为1.5m/min～5m/min，光丝间距为2mm～5mm。
保护气体流量15L/min～30L/min，保护气体为氩气和二氧化碳的混合气体，二氧化碳体积含量0～20％。
不锈钢复合板6的厚度为5mm～7mm。
所用的焊丝3的直径为1.2mm，焊丝3干伸长度为14～17mm。
第三步中，工装夹具的结构为：包括底座7，底座7上表面中部开有凹槽12，凹槽12上部的底座7表面分别放置不锈钢复合板6，不锈钢复合板6的端面设置有垂直的角边，垂直的角边与凹槽12的边缘对应，不锈钢复合板6的上部间隔压有压板8，压板8利用螺钉9锁紧；底座7的端部开有一号进气孔11和二号进气孔14，凹槽12的内侧边开有出气孔13。
压板8为长条形结构。
压板8采用薄型板。
压板8上开有长圆孔10。
实施例一：
针对不锈钢复合板的工件，利用激光-MAG复合热源在保护气体下对其实施单侧单道单层双面成型拼焊；
具体包括如下步骤：
首先，焊接前准备：利用激光清洗技术对焊接区域附近进行除锈除油；
然后，拼接工件：在待拼焊部位开垂直的角边，并对工件进行弧焊点固，确保拼接间距为0.45～0.6mm；
然后，装夹工件：用压板8工装固定工件板材；
最后，激光-MAG复合焊接：沿焊接方向采用激光束在前，电弧在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：激光光斑直径0.3～0.6mm，激光功率3～7KW，电弧电流200～300A，电弧电压28.9～30V。
进行激光-MAG复合焊接时，电弧焊枪与工件表面夹角40～70°，焊接速度1.5～5m/min，光丝间距2～5mm。
保护气体为氩气和二氧化碳混合气体，二氧化碳积含量0～20％，保护气体流量15～30L/min。
工件厚度为5～7mm，焊丝材质根据工件材质进行选择，焊丝直径1.2mm，焊丝干伸长度为14～17mm。
实施例二：
如图1所示，本实施例中焊接母材为厚度5mm、材料厚度比例5：1的Q235+304复合板材，焊丝3为直径1.2mm的316L气体保护焊丝。
然后按如下步骤进行：
焊接前准备：利用激光清洗技术对焊接区域附近进行除锈除油；
拼焊板材：在待拼焊部位开垂直的角边，并对工件进行弧焊点固，拼接间距0.45～0.6mm；
装夹工件：用压板工装固定工件板材；
激光-MAG复合焊接：沿焊接方向采用激光束1在前，电弧在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：激光光斑直径0.3～0.6mm，激光功率3～7KW，电弧电流200～300A，电弧电压28.9～30V；焊接速度1.5～5m/min，保护气体(氩气)流量15～30L/min，送丝角度为25～50°，光丝间距为2～5mm，干伸长度为14～17mm。
本实施例中的焊缝5外观均匀，无咬边，背面全部熔透。焊缝正面余高1.51mm，正面宽度6.49mm，背面余高0.34mm，焊缝断面形貌为典型的激光电弧复合焊接形貌，电弧电压形成了焊缝表面宽度和余高，激光形成了焊缝深熔焊接。通过X射线检测焊缝不存在气孔缺陷，焊接接头的抗拉强度可达到705Mpa。焊接接头弯曲角最大22°。与现有的MAG焊接相比，焊接效率明显，速度达到1.5m/min以上，相当于常规MAG焊速五倍提高，焊接接头韧性、塑性均优于常规MAG。垂直的角边及对拼焊间距一定范围内的容忍增加了操作的灵活性。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，其特征在于：包括不锈钢复合板（6），所述不锈钢复合板（6）以304不锈钢（5）为复层，Q235碳钢（4）为基层，每块不锈钢复合板（6）的端面设置有垂直的角边，相邻两块不锈钢复合板（6）之间通过激光-MAG复合热源在保护气体下实施单侧单道单层双面成型拼焊，具体工艺过程如下：
第一步、准备工作：准备好需要焊接的各块不锈钢复合板（6）；
第二步、焊前准备工作：利用激光清洗机对每块不锈钢复合板（6）的焊接区域进行除锈除油；
第三步、拼接工作：准备好工装夹具，将两块不锈钢复合板（6）安装至工装夹具上，并固定；
第四步、预焊工作：对预留垂直的角边进行弧焊点固，确保拼接间距为0.45~0.6mm；
第五步、装夹工作：用压板（8）固定住板材；
第六步、激光-MAG复合焊接：沿焊接方向采用激光束（1）在前，电弧在后的复合形式施焊；焊接工艺参数：光丝夹角为20°~50°，激光光斑直径0.3mm~0.6mm，激光功率3 KW ~7KW，电弧电流200 A ~300A，电弧电压28.9~30V；不锈钢复合板（6）的基层在上，复合层在下；
第三步中，所述工装夹具的结构为：包括底座（7），所述底座（7）上表面中部开有凹槽（12），所述凹槽（12）上部的底座（7）表面分别放置不锈钢复合板（6），不锈钢复合板（6）的端面设置有垂直的角边，垂直的角边与凹槽（12）的边缘对应，不锈钢复合板（6）的上部间隔压有压板（8），所述压板（8）利用螺钉（9）锁紧；所述底座（7）的端部开有一号进气孔（11）和二号进气孔（14），所述凹槽（12）的内侧边开有出气孔（13）。
2.如权利要求1所述的一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，其特征在于：第六步中，电弧焊枪与不锈钢复合板（6）表面的夹角为40°~70°，焊接速度为1.5 m/min ~5m/min，光丝间距为2 mm ~5mm。
3.如权利要求1所述的一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，其特征在于：保护气体流量15 L/min ~30L/min，保护气体为氩气和二氧化碳的混合气体，二氧化碳体积含量0~20%。
4.如权利要求1所述的一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，其特征在于：所述不锈钢复合板（6）的厚度为5mm~7mm。
5.如权利要求1所述的一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，其特征在于：所用的焊丝（3）的直径为1.2mm，焊丝（3）干伸长度为14~17mm。
6.如权利要求1所述的一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，其特征在于：压板（8）为长条形结构。
7.如权利要求1所述的一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，其特征在于：压板（8）采用薄型板。
8.如权利要求1所述的一种用于不锈钢复合板拼焊的激光-MAG复合焊接方法，其特征在于：压板（8）上开有长圆孔（10）。
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