CN117245171A - 抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道gmaw焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，用对接接头形式对两个焊接件开60°V型坡口，两个焊接件间预留1.5mm‑2mm间隙，采用GMAW电弧作为焊接热源，焊丝直径为1.2mm，干伸长为12mm‑15mm，采用双层双道的焊接方式进行焊接，其中，在打底层焊接时，焊接电流为110A‑120A，焊接电压为17V，焊接速度为0.15m/min‑0.2m/min；盖面层的焊接电流为190A‑200A，焊接电压为24V，焊接速度为0.3m/min‑0.35m/min。在上述焊接电流能获得足够熔深并防止焊缝过热，上述的焊接电压能获得良好焊缝宏观形貌并减小飞溅，配合上述焊接速度，所对应的焊接热输入能够有效避免镍基焊丝熔池中低熔点共晶的产生，抑制焊接热裂纹的产生。从而能够有效抑制镍基焊丝焊接过程中热裂纹的产生，提升焊缝成形质量与接头的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法。
背景技术
镍基合金焊丝具有优良的耐腐蚀、抗冷裂能力并兼具良好的低温及高温性能，含有丰富优质冶金元素，能够适应不同母材的稀释率，可用于镍基合金、不锈钢、碳钢及异种材料之间的焊接，因此在航空航天、石油化工、车辆船舶等多个领域均有广泛应用。
但镍基合金为单相奥氏体组织，焊缝中杂质元素及低熔点物质易在晶界偏析并集聚，产生晶间液膜，在熔池凝固时造成开裂，因此镍基焊丝具有较高的热裂纹敏感性；同时由于镍基合金固液两相的温度梯度较小，凝固较快，流动性偏低，在进行中厚板焊接时，易产生未焊透缺陷，在焊趾处形成较大应力，加剧裂纹的扩展；在实际应用镍基焊丝进行中厚板对接焊时，常因焊接参数、焊接工序、预留间隙、焊前准备等方面选取处理不当，使得产品焊缝产生较大缺陷，不满足质量检测要求，最终影响制造单位的生产效率及经济效益。
针对以上问题，国内外主要采用诸如激光焊、电子束焊等高能量密度焊接工艺，应用镍基焊丝进行中厚板对接焊，能够有效控制焊接热输入抑制热裂纹形成，并保证完全熔透避免应力集中，从而有效抑制应用镍基合金焊接时的热裂纹缺陷。但上述高能束焊工艺性复杂，设备成本高昂，在企业实际自动化焊接产线的适应性低，难以进行大范围推广。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，在焊接过程中，能够防止焊缝过热，易焊透，能够有效抑制焊缝裂纹的产生，避免在焊趾处形成较大应力，焊接后的产品性能好。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，在进行焊接时，采用对接接头形式，开60°V型坡口，预留1.5mm-2mm间隙，采用GMAW电弧作为焊接热源，焊丝直径为1.2mm，干伸长为12mm-15mm，采用双层双道的焊接方式进行焊接，其中，在打底层焊接时，焊接电流为110A-120A，焊接电压为17V，焊接速度为0.15m/min-0.2m/min；盖面层的焊接电流为190A-200A，焊接电压为24V，焊接速度为0.3m/min-0.35m/min。
进一步地，在焊接过程中通入保护气体，且所通入保护气体的流量为：20L/min-25L/min。
进一步地，所述保护气体为80％Ar+20％CO2混合气。
进一步地，所焊接的材料为5mm-6mm的低合金高强度钢的板型材料。
进一步地，在试板两端进行点焊，用于防止试板受热膨胀导致的未焊透及未焊透缺陷，降低焊趾处的应力集中，避免形成焊缝裂纹源。
本发明技术方案的主要优点如下：
本发明的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，在进行焊接时，采用对接接头形式，采用GMAW电弧作为焊接热源，在打底层焊接时，焊接电流为110A-120A，焊接电压为17V，焊接速度为0.15m/min-0.2m/min；盖面层的焊接电流为190A-200A，焊接电压为24V，焊接速度为0.3m/min-0.35m/min，分别对打底层和盖面层采用不同的焊接电流、焊接电压和焊接速度的双层双道的焊接方式进行焊接，在一定范围内的焊接电流能获得足够熔深并防止焊缝过热，一定范围内的焊接电压能获得良好焊缝宏观形貌并减小飞溅，配合一定范围内的焊接速度，所对应的焊接热输入能够有效避免镍基焊丝熔池中低熔点共晶的产生，抑制焊接热裂纹的产生。从而能够有效抑制镍基焊丝焊接过程中热裂纹的产生，显著提升焊缝成形质量与接头的力学性能。
进一步地，本发明的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，通过预留一定间隙并采用点焊方式进行固定可防止试板受热膨胀导致的未焊透及未焊透缺陷，能够有效降低焊趾处的应力集中，避免形成焊缝裂纹源。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一实施例的抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的采用抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法对试样焊接后的焊接表面放大示意图；
图3为本发明一实施例提供的采用抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法对试样焊接后的焊缝表面放大示意图；
图4为本发明一实施例提供的采用抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法与普通焊接方法对试样焊接后的实际拉伸试验试验效果图；
图5为本发明一实施例提供的采用普通焊接方法焊接试样与原始试样拉伸试验后的实际拉伸效果图。
附图标记说明：
1、试样；2、工装夹具；3、MAG焊枪；4、对接接头；5、坡口；6、水平垫板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。
GMAW为gas metal arc welding的缩写，表示熔化极气体保护焊，该焊接工艺由于适用性广、经济成本低、自动化程度高等优点，是各大制造业中应用最为广泛的焊接方法之一，能够有效保证产品质量和生产效率。是指利用焊丝与工件间产生的电弧作热源将金属熔化的焊接方法。焊接过程中，电弧熔化焊丝和母材形成的熔池及焊接区域在惰性气体或活性气体的保护下，可以有效地阻止周围环境空气的有害作用。
如附图1-5所示，本发明实施例提供了一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，该方法包括：
实施例1
在进行焊接时，采用对接接头形式，对两个焊接件开60°V型坡口，两个焊接件间预留1.5mm-2mm间隙，采用GMAW电弧作为焊接热源，焊丝直径为1.2mm，干伸长为12mm-15mm，采用双层双道的焊接方式进行焊接，其中，在打底层焊接时，焊接电流为110A-120A，焊接电压为17V，焊接速度为0.15m/min-0.2m/min；盖面层的焊接电流为190A-200A，焊接电压为24V，焊接速度为0.3m/min-0.35m/min。
如此设置，本发明的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，在对焊接件进行焊接时，分别对打底层和盖面层采用不同的焊接电流、焊接电压和焊接速度，通过将上述焊接过程中的打底层和盖面层设置一定范围内的焊接电流能获得足够熔深并防止焊缝过热，设置一定范围内的焊接电压能获得良好焊缝宏观形貌并减小飞溅，配合一定范围内的焊接速度，所对应的焊接热输入能够有效避免镍基焊丝熔池中低熔点共晶的产生，抑制焊接热裂纹的产生。
在本实施例的一些可选的实现方式中，焊接的电流范围为110A-200A，焊接的电压为17V-24V，焊接的流速为0.15m/min-0.35m/min，为了保障焊接效果和有更广泛的使用效果，焊接的电流还可设置为80A-300A，焊接的电压还可设置为10V-30V，焊接的流速为0.08m/min-0.5m/min，使得焊接过程中的打底层和盖面层的焊接参数在上述的参数范围内，达到目标焊接效果。
同时需要说明的是：在焊接前，在待焊工件接头部位加工坡口，并对加工后接头周围进行清洗或打磨，将打磨清洁后的待焊工件预留一定间隙后装夹在工作台面上。
具体地，在上述焊接过程中通入保护气体，且所通入保护气体的流量为：20L/min-25L/min。
具体地，所述保护气体为80％Ar+20％CO2混合气。
在进行焊接时，通过上述80％Ar的气体，一方面由于属容易与空气中的氧气发生氧化反应，形成金属氧化物而导致焊缝质量下降，在80％Ar的气体的加入下，Ar气的引入能够形成焊接区域的保护气氛，将空气中的氧气排除，有效防止氧化反应的发生，同时Ar气能够包裹焊接区域，形成保护层，防止焊缝受到空气等环境中的污染因素的侵害，使得焊缝的纯度更高，焊接质量更好，其次，通过Ar气的引入可以有效降低焊接区域的熔温，减少空气中氧气的影响，从而减少金属的氧化和变形，能够提高焊接的稳定性和精度，通过Ar气的引入还可以提高电弧的稳定性，减少飞溅和喷射现象，使焊接过程更加可控和稳定；通过上述20％CO2，第一方面，CO2成本低，可以降低整体的焊接成本，其次，二氧化碳在焊接的过程中同样会形成保护层，将焊缝和电弧与外界空气隔离，防止氧气和氮气等气体对焊缝的氧化和污染，此外，采用CO2气体成本低，且CO2的保护焊不会产生有毒的气体和有害物质，对环境无污染，减少对环境的影响，能够减少焊缝的气孔，夹渣等缺陷的产生，此外，CO2气体能够提供更高能量密度的电弧，使焊接速度较快，对于焊接大量工作的生产线来说，能够提高焊接效率，缩短焊接周期。
采用上述80％Ar+20％CO2混合气作为保护气体，能够保证焊接效果，避免焊缝发生氧化，减少焊缝的气孔，夹渣等缺陷，减少飞溅和喷射现象，降低熔温、改善电弧稳定性，能够形成更高能量密度的电弧，使焊接过程更加可靠、高效，降低成本，能够进行大批量使用，缩短焊接周期。
具体地，所焊接的材料为5mm-6mm的低合金高强度钢的板型材料。
具体地，在试板两端进行点焊，用于防止试板受热膨胀导致的未焊透及未焊透缺陷，降低焊趾处的应力集中，避免形成焊缝裂纹源。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述的焊接材料的厚度还可为3mm-10mm，不同厚度的焊接材料厚度，
在上述的点焊过程中，采用上述打底焊范围内的焊接参数以保证焊接热输入与焊缝金属填充量的稳定，抑制焊接热裂纹的形成。
在本实施例一些可选的实现方式中，在焊接中所使用的GMAW焊接设备为松下YD-ABD35数字化焊机及松下TAWERS-1400G3焊接机器人。焊接过程中的焊枪运行姿态、焊枪移动轨迹、焊接参数通过均通过机器人面板进行直接设置。
在本实施例一些可选的实现方式中，在焊接完成后，使用DK77电火花数控线切割机床制备接头金相机拉伸试样，对焊缝宏观及金相横截面形貌进行拍摄。使用KY-100KNW万能试验机对拉伸试样进行拉伸性能测试。
实施例2
在本实施例一些可选的实现方式中，对5mm的Q345的低合金高强度钢中的板材为例，采用上述实施例1的方法进行焊接。
具体地，在对5mm厚的Q345的板材进行焊接时，首先在待焊接工件接头部位加工60°V型坡口，并对加工后接头周围进行清洗或打磨，将打磨清洁后的待焊工件预留1.5mm间隙后装夹在工作台面上进行焊接作业。
在进行焊接时，如图1所示，预先修整对接接口4侧面的坡口5，随后将试样1放置于水平垫板6上，并采用工装夹具2进行固定，采用GMAW电弧作为焊接热源，焊丝直径为1.2mm，干伸长为12mm，采用MAG焊枪3运用双层双道的焊接方式进行焊接，其中，在打底层焊接时，焊接电流为110A，焊接电压为17V，焊接速度为0.15m/min；盖面层的焊接电流为190A，焊接电压为24V，焊接速度为0.3m/min，并在焊接过程中通入80％Ar+20％CO2混合气的保护气体，通入保护气体的流量为20L/min；且在试板两端进行点焊，用于防止试板受热膨胀导致的未焊透及未焊透缺陷，降低焊趾处的应力集中，避免形成焊缝裂纹源。
实施例3
在本实施例一些可选的实现方式中，对6mm的Q345的低合金高强度钢中的板材为例，采用上述实施例1的方法进行焊接。
具体地，在对6mm厚的Q345的板材进行焊接时，首先在待焊接工件接头部位加工60°V型坡口，并对加工后接头周围进行清洗或打磨，将打磨清洁后的待焊工件预留2mm间隙后装夹在工作台面上进行焊接作业。
在进行焊接时，如图1所示，预先修整对接接口4侧面的坡口5，随后将试样1放置于水平垫板6上，并采用工装夹具2进行固定，采用GMAW电弧作为焊接热源，焊丝直径为1.2mm，干伸长为12mm，采用MAG焊枪3运用双层双道的焊接方式进行焊接，其中，在打底层焊接时，焊接电流为120A，焊接电压为17V，焊接速度为0.2m/min；盖面层的焊接电流为200A，焊接电压为24V，焊接速度为0.35m/min，并在焊接过程中通入80％Ar+20％CO2混合气的保护气体，通入保护气体的流量为25L/min；且在试板两端进行点焊，用于防止试板受热膨胀导致的未焊透及未焊透缺陷，降低焊趾处的应力集中，避免形成焊缝裂纹源。
比较而言，如图4所示，在图4中标记有L1的两组试样和标记有L2的两组试样，标记有L1两组试样中的第一个为对照试样(图中自上而下第一个写有L1字样的试样)，第二个为普通焊接后进行拉伸试验，对普通焊接后的试样性能进行检测，所得到的拉伸后的试样图；标记有L2的第一个(图中自上而下第一个写有L2字样的试样)为另一对照试样，标记有L2的第二个试样为采用本发明实施例的方法焊接并采用与上述写有L1相同拉力拉伸后的试样，对两组试样进行拉伸，L1的两组试样和L2的两组试样进行对比，普通焊接后的试样在拉伸时，拉伸区域的拉伸长度不明显，且无明显拉伸过程的缩颈现象，直接断裂；而采用上述实施例1的方法进行焊接后的试样在拉伸的过程中，采用本发明方法焊接后的试样拉伸区域的长度明显增长，且在拉伸过程中有明显的缩颈现象，在且在相同的拉力下试样并无断裂，由此，两者比较而言，采用本发明的方法焊接后的试样的拉伸性能更好，优于普通焊接的方法焊接后的试样的整体性能。
比较而言，如图5所示，在图5中标记有L1的两组试样和标记有L2的两组试样，标记有L1两组试样中的第一个为对照试样(图中自上而下第一个写有L1字样的试样)，第二个为普通焊接后进行拉伸试验，对普通焊接后的试样性能进行检测，所得到的拉伸后的试样图；标记有L2的第一个(图中自上而下第一个写有L2字样的试样)为另一对照试样，标记有L2的另一个试样为原始试样，在经过与上述写有L1相同拉力拉伸后的试样，对两组试样进行拉伸，L1的两组试样和L2的两组试样进行对比，普通焊接后的试样在拉伸时，拉伸区域的拉伸长度不明显，且无明显拉伸过程的缩颈现象，直接断裂；对原始的试样进行拉伸，拉伸后的结果与普通焊接后的试样的断面基本一致，
整体比较而言，通过图4和图5中拉伸通过本发明的抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法对试样焊接后，焊接够的表面如图2所示，焊接后的焊缝融合线如图3所示，焊接后的表面光滑，焊缝与试样之间的接触良好，平整，无裂纹；从而焊接后的试样性能优于原始试样和普通试样的性能，说明采用本发明的方法易焊透，能够有效抑制焊缝裂纹的产生，避免在焊趾处形成较大应力，焊接后的产品性能好。
采用对接接头形式，采用GMAW电弧作为焊接热源，在打底层焊接时，焊接电流为110A-120A，焊接电压为17V，焊接速度为0.15m/min-0.2m/min；盖面层的焊接电流为190A-200A，焊接电压为24V，焊接速度为0.3m/min-0.35m/min，分别对打底层和盖面层采用不同的焊接电流、焊接电压和焊接速度的双层双道的焊接方式进行焊接，在一定范围内的焊接电流能获得足够熔深并防止焊缝过热，一定范围内的焊接电压能获得良好焊缝宏观形貌并减小飞溅，配合一定范围内的焊接速度，所对应的焊接热输入能够有效避免镍基焊丝熔池中低熔点共晶的产生，抑制焊接热裂纹的产生。从而能够有效抑制镍基焊丝焊接过程中热裂纹的产生，显著提升焊缝成形质量与接头的力学性能。
进一步地，本发明的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，通过预留一定间隙并采用点焊方式进行固定可防止试板受热膨胀导致的未焊透及未焊透缺陷，能够有效降低焊趾处的应力集中，避免形成焊缝裂纹源。
综上，本发明的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，在进行焊接时，采用对接接头形式，采用GMAW电弧作为焊接热源，在打底层焊接时，焊接电流为110A-120A，焊接电压为17V，焊接速度为0.15m/min-0.2m/min；盖面层的焊接电流为190A-200A，焊接电压为24V，焊接速度为0.3m/min-0.35m/min，分别对打底层和盖面层采用不同的焊接电流、焊接电压和焊接速度的双层双道的焊接方式进行焊接，在一定范围内的焊接电流能获得足够熔深并防止焊缝过热，一定范围内的焊接电压能获得良好焊缝宏观形貌并减小飞溅，配合一定范围内的焊接速度，所对应的焊接热输入能够有效避免镍基焊丝熔池中低熔点共晶的产生，抑制焊接热裂纹的产生。从而能够有效抑制镍基焊丝焊接过程中热裂纹的产生，显著提升焊缝成形质量与接头的力学性能。同时通过预留一定间隙并采用点焊方式进行固定可防止试板受热膨胀导致的未焊透及未焊透缺陷，能够有效降低焊趾处的应力集中，避免形成焊缝裂纹源。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，其特征在于，在进行焊接时，采用对接接头形式，对两个焊接件开60°V型坡口，两个焊接件间预留1.5mm-2mm间隙，采用GMAW电弧作为焊接热源，焊丝直径为1.2mm，干伸长为12mm-15mm，采用双层双道的焊接方式进行焊接，其中，在打底层焊接时，焊接电流为110A-120A，焊接电压为17V，焊接速度为0.15m/min-0.2m/min；盖面层的焊接电流为190A-200A，焊接电压为24V，焊接速度为0.3m/min-0.35m/min。
2.根据权利要求1所述的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，其特征在于，在焊接过程中通入保护气体，且所通入保护气体的流量为：20L/min-25L/min。
3.根据权利要求1所述的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，其特征在于，所述保护气体为80％Ar+20％CO2混合气。
4.根据权利要求1所述的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，其特征在于，所焊接的材料为5mm-6mm的低合金高强度钢的板型材料。
5.根据权利要求1所述的一种抑制镍基焊丝热裂纹缺陷的双层双道GMAW焊接方法，其特征在于，在试板两端进行点焊，用于防止试板受热膨胀导致的未焊透及未焊透缺陷，降低焊趾处的应力集中，避免形成焊缝裂纹源。
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