一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝的製作方法

2023-05-18 16:25:11 2

專利名稱：一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及碳素結構鋼的焊接工藝，尤其涉及一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，屬於焊接技術領域。
背景技術：
碳素結構鋼是國內最常用的鋼材之一，它具有較好的強韌性，價格低廉，能夠勝任大多數對使用性能要求不高的產品，目前已廣泛用於鍋爐及壓力容器製造、造船、重型機械、化工裝備、建築鋼結構的生產。CO2氣體保護焊由於其成本低、焊縫質量好，生產效率高、適用範圍廣等優點，是目前焊接碳素結構鋼薄板的常用方法，在許多厚度較小的焊接結構生產中已逐漸取代了焊條電弧焊和埋弧自動焊。但CO2氣體保護焊焊接時弧光強、飛濺大，特別是工藝參數匹配不當或控制不嚴格時，飛濺現象更加嚴重，對焊接操作者的身體健康及生產環境帶來了諸多不利影響。埋弧自動焊是利用熔化電極在顆粒狀焊劑保護下產生電弧熔化母材進行焊接的，具有保護效果好、生產效率高等優點。適用於低碳鋼、低合金鋼等材料的中厚板的自動焊接和堆焊。但埋弧自動焊時焊接電流較大、焊接電弧的電場強度較高。焊接電流小於100A時，電弧穩定性較差，只能焊接中厚板，不能用於焊接薄板。如採用CO2氣體保護焊方法焊接碳素結構鋼薄板時，配以焊劑(不加CO2保護氣體)進行保護，則會大大提高薄板的焊接效率，而且能避免飛濺、弧光等現象，這對於改善焊接生產環境，保證焊接操作者的身體健康具有重要的意義。目前採用CO2氣體保護焊工藝進行低碳鋼薄板的焊接出現飛濺較大、煙塵多、弧光現象嚴重等不足。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，它通過實芯焊絲與保護用焊劑的相互匹配，實現了 CO2氣體保護焊和埋弧自動焊這兩種焊接方法的優勢互補，避免了 CO2氣體保護焊飛濺大、弧光強的焊接問題，同時又提高了焊接的自動化程度，降低了焊接操作者的勞動強度，改善了工作環境，提高了焊接質量的優點。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:焊絲選用CO2氣體保護焊實芯焊絲，採用熔煉焊劑對焊接熔池進行保護，通過控制焊接熱量輸入實現碳素結構鋼薄板的無弧光焊接。—種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，由下述工藝步驟組成:步驟(I):施焊前採用機械處理或化學處理清理待焊表面，去除待焊表面周圍10 15mm範圍內的油汙和鐵鏽；步驟(2):採用配以焊劑輸送裝置的CO2氣體保護焊焊機進行焊接，焊接工藝參數為:焊接電壓35 40V，焊接電流240 350A，焊接速度40 60cm/min，焊接熱量輸入控制在8 21kJ/cm ；
步驟(3):採用CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲施焊，採用冶金成分相匹配的熔煉焊劑對焊接區進行保護。所述步驟(I)的機械處理是用鋼絲刷將待焊表面及其周圍10 15mm處的油汙和鐵鏽清除乾淨，使其露出金屬光澤；所述化學處理是將碳素結構鋼的待焊表面及其周圍10 15mm處置於酸洗液中浸泡15min 20min,然後用清水將待焊表面洗淨,最後烘乾。所述步驟(I)的化學處理用酸洗液是指常規稀硫酸(濃度為30%)或稀鹽酸(濃度為10%)或稀硫酸與稀鹽酸的體積是以1:2比例相混合的混合溶液。所述步驟(2)的配以焊劑輸送裝置的CO2氣體保護焊焊機，是將CO2氣體保護焊機中保護氣體輸送裝置改為焊劑輸送裝置，CO2氣體保護焊焊機原有的送絲機構保持不變。所述步驟(3)的CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲直徑優選Φ 1.2mm。所述步驟(3)的CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲，其熔敷金屬的化學成分以質量百分比計為:C0.06% 0.15%, Si0.80% 1.15%, Mn0.90% 1.85%, Cu ( 0.5%,S彡0.035%, P彡0.025%,餘量為Fe ;力學性能為:抗拉強度σ b>500MPa，屈服強度σ s>420MPa,伸長率 δ >22%，(TC衝擊吸收功 AKV>27J。所述步驟(3)的熔煉焊劑選用高錳高矽低氟型焊劑，其質量組成成分為:Si0240% 42%, CaF23% 5%，CaO ( 6%, Mg05% 8%，Mn032% 38%, Al2O3 ( 4%, S 彡 0.06%, P 彡 0.08%,餘量為 FeO0本發明的有益效果:I本發明採用與CO2氣體保護焊實芯焊絲冶金成分相匹配的熔煉焊劑代替CO2氣體進行低碳鋼薄板焊接區的保護，實現了無弧光CO2氣體保護焊。2採用本發明實現·了 CO2氣體保護焊和埋弧自動焊這兩種焊接方法的優勢互補，避免了 CO2氣體保護焊飛濺大、弧光強的焊接問題，同時又提高了焊接的自動化程度，降低了焊接操作者的勞動強度，改善了工作環境，提高了焊接質量。3採用本發明獲得的焊縫金屬微觀組織觀察:無裂紋、疏鬆，無過燒組織，無淬硬的馬氏體組織生成；宏觀檢驗:無未熔合、未焊透、氣孔、夾渣等焊接缺陷。獲得的焊接接頭抗拉強度與母材等強，焊縫金屬的室溫衝擊吸收功大於母材的室溫衝擊吸收功，能夠滿足碳素結構鋼薄板的使用要求。4與常規的CO2氣體保護焊工藝方法相比，利用本發明焊接碳素結構鋼薄板，除了提高焊接生產效率外，由於焊劑的可重複循環利用，使焊接成本降低30%。因此，本發明所述的焊接工藝方法具有成本低、自動化程度高、操作簡便、生產成本低、適用性強的特點、便於推廣應用。5與低碳鋼常規焊接用HOSMnA焊絲相比，本發明採用的焊絲熔敷金屬化學成分中矽、錳含量適當提高，可大大提高焊縫的脫氧效果；同時Mn還能與S化合生成MnS，起到有效脫硫的作用，保證了焊縫的強韌性。6本發明採用高錳高矽低氟型焊劑，主要效果是焊接工藝性良好，焊後脫渣性強；與低碳鋼常規焊接用熔煉焊劑相比，焊劑中適當降低了 Si含量，減少了 Si向焊縫中的過渡，以保證獲得高衝擊韌性的焊接接頭。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1:厚度為4mm的Q235B碳素結構鋼板的對接焊。(I)焊接設備焊接設備採用配以焊劑輸送裝置的CO2氣體保護焊焊機進行焊接。(2)焊接材料焊絲採用CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲，保護方法採用熔煉焊劑進行保護，實現Q235B碳素結構鋼板的無弧光組合焊接。其中，實芯焊絲熔敷金屬的化學成分以質量百分比計:C0.06%, Si0.8%, Mn0.9%, Cu0.3%, S0.03%, P0.02%, Fe97.89% ;熔煉焊劑的化學成分以質量百分比計:Si0240%, CaF23%, Ca00%, Mg05%, Mn032%, Al2034%, Fe015.86%,S0.06%, P0.08%o(3)焊前準備焊前用鋼絲刷將待焊表面及周邊IOmm範圍內的油汙和鐵鏽清除乾淨，直至露出金屬光澤。(4)焊接工藝及參數採用對接I型坡口雙面熔透焊，焊接工藝參數為:焊接電流250 280A，焊接電壓35V，焊接速度55 60cm/min。焊後焊縫高度為2 _，寬度為12_，外觀平整光潔，無表面和根部裂紋；X射線檢測，接頭光片缺陷評定結果等級為I級，無未熔合、未焊透、氣孔、夾渣等焊接缺陷。獲得的焊接接頭力學性能為:抗拉強度450MPa，伸長率26%，試驗溫度0°C的焊縫金屬V形缺口衝擊吸收功大於28J，能滿足使用性能要求。實施例2:厚度為8mm的Q235B碳素結構鋼板T型接頭雙面焊。(I)焊接設備焊接設備採用配以焊劑輸送裝置的CO2氣體保護焊焊機進行焊接。(2)焊接材料焊絲採用CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲，實芯焊絲熔敷金屬的化學成分以質量百分比計:C0.15%, Sil.15%, Mnl.85%, Cu0.5%, S0.035%, P0.025%, Fe96.29% ;保護方法採用熔煉焊劑進行保護，熔煉焊劑的化學成分以質量百分比計:Si0242%，CaF25%, Ca06%, MgO8%, Mn038%, A12030%, FeO0.86%, S0.06%, P0.08%。(3)焊前準備焊前用鋼絲刷將待焊表面及周邊10mm範圍內的油汙和鐵鏽清除乾淨，直至露出金屬光澤。(4)焊接工藝及參數先對T型接頭一側角焊縫進行焊接，焊接電流300 330A，焊接電壓37 38V，焊接速度48 50cm/min。待接頭冷卻至150 100°C，然後再對接頭另一側進行焊接，焊接電流290 320A，焊接電壓37 38V，焊接速度50 54cm/min。獲得的焊接接頭成形良好，外觀平整光潔，無表面和根部裂紋，無變形；X射線檢測，接頭光片缺陷評定結果等級為I級，無未熔合、未焊透、氣孔、夾渣等焊接缺陷。
實施例3:20g低碳鋼管的對接焊，管件的尺寸為Φ IOOmmX 3mm。(I)焊接設備焊接設備採用配以焊劑輸送裝置的CO2氣體保護焊焊機進行焊接。(2)焊接材料焊絲採用CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲，實芯焊絲熔敷金屬的化學成分以質量百分比計:C0.10%, Si0.90%, Mnl.45%, Cu0.30%, S0.03%, P0.02%, Fe97.20% ;保護方法採用熔煉焊劑進行保護，熔煉焊劑的化學成分以質量百分比計:Si0241%，CaF24%, Ca05%, MgO7%, Mn036%, Al2033%, Fe03.88%, S0.05%, P0.07%。(3)焊前準備焊前用鋼絲刷將待焊表面及周邊15mm範圍內的油汙和鐵鏽清除乾淨，直至露出金屬光澤；然後將管接頭處用細砂輪打磨Imm倒角。(4)焊接工藝及參數採用管接頭對接焊，焊接電流240 260A，焊接電壓38 40V，焊接速度40 45cm/min。獲得的20g管接頭成形良好，外觀平整光潔，無表面和根部裂紋，無變形；X射線檢測，無未熔合、未焊 透、氣孔、夾渣等焊接缺陷。
權利要求
1.一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，其特徵是，由下述工藝步驟組成: 步驟(I):施焊前採用機械處理或化學處理清理待焊表面，去除待焊表面周圍10 15mm範圍內的油汙和鐵鏽； 步驟(2):採用配以焊劑輸送裝置的CO2氣體保護焊焊機進行焊接，焊接工藝參數為:焊接電壓35 40V，焊接電流240 350A，焊接速度40 60cm/min，焊接熱量輸入控制在8 21kJ/cm ； 步驟(3):採用CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲施焊，配以熔煉焊劑對焊接區進行保護。
2.如權利要求1所述的一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，其特徵是，所述步驟(1)的機械處理是用鋼絲刷將待焊表面及其周圍10 15mm處的油汙和鐵鏽清除乾淨，使其露出金屬光澤；所述化學處理是將碳素結構鋼的待焊表面及其周圍10 15mm處置於酸洗液中浸泡15min 20min，然後用清水將待焊表面洗淨，最後烘乾。
3.如權利要求2所述的一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，其特徵是，所述步驟(O的酸洗液是指濃度為30%的稀硫酸或濃度為10%的稀鹽酸或稀硫酸與稀鹽酸的體積以I:2比例相混合的混合溶液。
4.如權利要求1所述的一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，其特徵是，所述步驟(2)的配以焊劑輸送裝置的CO2氣體保護焊焊機，是將CO2氣體保護焊機中保護氣體輸送裝置改為焊劑輸送裝置，CO2氣體保護焊焊機原有的送絲機構保持不變。
5.如權利要求1所述的一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，其特徵是，所述步驟(3)的CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲直徑Φ1.2mm。
6.如權利要求1或5所述的一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，其特徵是，所述步驟(3)的CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲，其熔敷金屬的化學成分以質量百分比計為:C0.06% 0.15%, Si0.80% 1.15%%, Mn0.90% 1.85%, Cu ( 0.5%, S 彡 0.035%, P 彡 0.025%,餘量為Fe;力學性能為:抗拉強度σ b>500MPa,屈服強度σ s>420MPa,伸長率5>22%,0°C衝擊吸收功AKV>27J。
7.如權利要求1所述的一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，其特徵是，所述步驟(3)的熔煉焊劑選用高錳高矽低氟型焊劑，其質量組成成分為:Si0240% 42%，CaF23% 5%, CaO ( 6%, Mg05% 8%, Mn032% 38%, Al2O3 ( 4%, S 彡 0.06%, P 彡 0.08%,餘量為 FeO。
全文摘要
本發明公開了一種用於低碳鋼薄板的無弧光焊接工藝，由下述工藝步驟步驟(1)施焊前採用機械處理或化學處理清理待焊表面，去除待焊表面周圍10～15mm範圍內的油汙和鐵鏽；步驟(2)採用配以焊劑輸送裝置的CO2氣體保護焊焊機進行焊接，焊接工藝參數為焊接電壓35～40V，焊接電流240～350A，焊接速度40～60cm/min，焊接熱量輸入控制在8～21kJ/cm；步驟(3)採用CO2氣體保護焊合金結構鋼實芯焊絲施焊，配以熔煉焊劑對焊接區進行保護。本發明具有實現了CO2氣體保護焊和埋弧自動焊這兩種焊接方法的優勢互補，避免了CO2氣體保護焊飛濺大、弧光強的焊接問題，同時又提高了焊接的自動化程度，降低了焊接操作者的勞動強度，改善了工作環境，提高了焊接質量的優點。
文檔編號B23K9/16GK103240511SQ20131016707
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月8日 優先權日2013年5月8日
發明者王娟, 劉強, 李亞江 申請人:山東大學