专利名称：一种碳钢中厚板的焊接方法
技术领域：
本发明属于非熔化极电弧焊接及电弧冶炼技术领域，涉及一种用于碳钢中厚板高质量要求的焊接方法。
背景技术：
随着轨道车辆加工制造技术的快速发展,列车承载能力、运行速度随之大幅提升。与此同时，在列车运行过程中，特别是在高速、重载情况下，对承受强烈振动和冲击载荷的转向架、车体底架等关键承载部件的强度和刚度提出了更高的要求。因此，为保证列车的安全、稳定运行，在轨道车辆的关键承载部件制造中，强度等级较高的中厚板使用越来越多，而且焊接质量要求也越来越高。 目前，轨道车辆加工制造的中厚板焊接以常规的Y形、V形坡口为主，同时存在板材厚度较大时的X形坡口结构。焊接方法则以自动、半自动的熔化极富氩气体保焊(MAG焊)为主。MAG焊虽操作方便、效率较高，但却同时存在飞溅严重，气孔、未熔合等缺陷较多的技术不足，因此层间处理及焊后返修工作量大，进而严重影响了产品质量及生产周期，特别是一些需满足射线及超声探伤质量要求的焊接结构，更是难以满足。因此，为提高焊接质量及生产效率，高质量、高效率的中厚板焊接技术逐渐引起了轨道车辆加工制造行业焊接工作者的重视。综合国内外研究可知，目前中厚板焊接研究应用较多的为窄间隙焊接技术及激光一电弧复合焊接技术。窄间隙焊接技术是1963年美国Battelle研究所开发的一种用于中厚板焊接的焊接技术。因该技术具有坡口尺寸小、填充材料少、生产效率高等众多优点，因此在中厚板焊接方面具有巨大优势。目前常见的窄间隙焊接方法主要有窄间隙埋弧焊、窄间隙MAG焊、窄间隙TIG焊。相对而言，因TIG焊为非熔化极惰性气体保护焊，其具有电弧燃烧稳定、电弧热量集中等优点，由此与窄间隙埋弧焊相比，该方法可以实现全位置、不停弧连续焊接，与窄间隙MAG相比，其具有无飞溅、侧壁熔合好的技术优势。窄间隙TIG焊虽具有上述诸多优点，但因受常规TIG焊熔敷效率低、焊接速度慢等自身不足的制约，使该技术的大规模工业应用受到限制。热丝TIG焊是在常规TIG焊上添加了热丝系统，使焊丝在送入熔池之前先行加热。因此，相比于常规窄间隙TIG焊，窄间隙热丝TIG焊工作效率有所提高，但在实际应用时仍存在焊接效率偏低、焊后变形较大的问题。而激光一电弧复合技术是将激光热源与电弧热源相结合，具有焊接效率高，能够实现全位置、高质量的焊接特点，但因该技术设备昂贵、焊炬结构复杂，坡口加工精度要求较高，通用性相对较差。因此，如何实现优质、高效的中厚板焊接，使其满足于现代轨道车辆加工制造业快速发展的生产使用要求，现已成为焊接工作者亟待解决的问题。1999年，奥地利人Siegfried Plasch发明了 TIP TIG焊接系统(简称TT焊系统)，该系统由焊接电源、热丝电源及高频振动送丝机等组成。其核心是，在热丝TIG焊基础上，通过高频振动送丝机构，实现了焊丝沿送进方向的振动送丝，进而赋予熔滴一种额外的过渡动力。因此，相比常规热丝TIG，熔敷效率进一步提升。同时，高频振动的动能通过焊丝，经熔滴传递给焊接熔池，对熔池液态金属产生了强有力的搅拌作用，有利于熔池内气孔、夹杂的逸出。最终使得TT焊体现出了 TIG优质、MIG高效的技术特点。
发明内容
为了解决现有中厚板焊接技术存在位置受限、质量较差、变形严重、生产效率低、可实现性差等技术问题，本发明提出了一种优质、高效的碳钢中厚板焊接方法，特别适合于厚度不大于20mm的板材焊接。本发明解决技术问题所采取的技术方案如下一种碳钢中厚板的焊接方法，采用TT焊系统实施焊接，待焊工件坡口形式U形坡口，单边角度5 7°，钝边厚度I. 5^2. Omm ;待焊工件点固时采用自熔方式，组对间隙控制在(Tl. Omm范围内；该方法包括如下步骤第一步用酒精或丙酮对待焊工件的坡口及其附近区域进行清理，保持待焊工件的焊缝及其周边25mm范围内清洁；第二步依据便于焊接作业时焊枪摆动为原则，选用不同型号的陶瓷喷嘴，以钨电极与焊缝底部垂直接触为基准，确定钨电极的伸出长度；第三步调整导电嘴，使焊丝与钨电极端部距离控制在2. (T3. Omm范围内，并保证被送出的焊丝通过钨电极轴线沿线；第四步采用摆动运枪方式实现电弧对坡口两侧的加热，并将单层焊道熔敷厚度控制在3mm以下；随着焊层的增加，相应地缩短钨电极的伸出长度，同时调整导电嘴的位置，使焊丝与钨电极间距离始终保持在2. (T3. Omm的范围内；第五步焊接在直流负极性条件下进行，焊接时，依次开启焊接电源、直流热丝电 源及动态送丝机，并将焊接电流、热丝电流，以及送丝速度调至工作设定值；焊接过程中，焊枪指向其行进方向，且通过其角度调整，使焊丝与焊缝成近90°角送入熔池，并保证钨电极与待焊工件间的电弧长度控制在3_以下，以实现碳钢中厚板的焊接。本发明的有益效果是本发明的TT焊焊接方法能够实现中厚板的优质、高效焊接；操作简单，层间不需处理，经济性高，实用性强。
图I是本发明碳钢中厚板的焊接方法原理示意图。图2是本发明中厚板TT焊坡口结构示意图。图3是本发明实施例一的单道摆动焊接接头示意图。图4是本发明实施例二的双道摆动焊接接头示意图。图5是本发明实施例三的单道及双道摆动复合焊接接头示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。实施例一结合图I、图2和图3说明本实施例，本实施例所使用的焊接系统由焊接电源I、直流热丝电源2、水冷装置3、供气装置4、动态送丝机5和集送丝、供气及水冷功能于一体的焊枪6组成。焊接母材金属7为厚度t=16mm的Q690D高强调制钢。坡口为图2所示的U形坡口，其钝边厚度C=L 5mm，平行长度1=1. Omm，倒角R=3.5°，单边坡口角度^ =6°。填充材料为ER100S-G、直径为I. Omm的盘状焊丝。钨电极为直径3. 2mm的铈钨极，其端头磨削角度范围为25 30°。喷嘴选用8号陶瓷喷嘴。待焊工件点固时采用自熔方式，组对间隙b控制在(TO. 5mm范围内，所用电流120A。焊接时采用如图3所示的单道摆动作业方式，所用参数为第一层(根焊)电流15(T170A，送丝速度7(T90cm/min ;第二层电流170 190A,送丝100 120cm/min ;第三层至第五层电流210 230A,送丝130 160cm/min ;第六层(盖面)电流17(T190A，送丝10(Tl20Cm/min。在焊接过程中热丝电流保持80A不变，保护气(Ar气)控制在l(Tl5L/min范围内，并且要求层间温度需不超过200°C。实施例二 本实施例与实施例一不同之处在于，采用图4侧壁熔合效果更易保证的双道摆动焊接方式，所用工作参数与实施例一相同。实施例三本实施例与实施例一不同之处在于，采用图5单道摆动及双道摆动复合施焊方式。其中位于焊缝底部第一层(根焊)和第二层采用单道摆动作业方式，第三层及以上至盖面采用双道摆动方式，所用工作参数与实施例一相同。 实施例四本实施例与实施例一不同之处在于，焊接母材金属7为厚度t=12mm的Q345D高强度钢板，U形坡口的单边坡口角度P =5°，填充材料为ER50-6、直径为I. Omm的盘状焊丝。选用8号陶瓷喷嘴，组对及点固参数与实施例一相同。焊接时采用实施例二的双道摆动施焊方式，所用参数为第一层(根焊)电流15(Tl70A，送丝速度7(T90cm/min ;第二层电流170 190A，送丝10(Tl20cm/min ;第三层、第四层电流210 230A，送丝13(Tl60cm/min ;第五层(盖面)电流17(Tl90A,送丝10(Tl20cm/min。热丝电流、保护气流量及层间温度要求与实施例一相同。实施例五本实施例与实施例一不同之处在于，焊接母材金属7为厚度t=20mm的Q345D高强度钢板，U形坡口的单边坡口角度P =7°，填充材料为ER50-6、直径为I. Omm的盘状焊丝。选用10号陶瓷喷嘴，组对及点固参数与实施例一相同。焊接时采用实施例三的单道摆动和双道摆动复合施焊方式，即第一层(根焊)和第二层采用单道摆动作用，第三层及以上至盖面采用双道摆动方式。所用参数为第一层(根焊)电流15(T170A，送丝速度70"90cm/min ;第二层电流170 190A，送丝10(Tl20cm/min ;第三层至第七层电流21(T230A，送丝130 160cm/min ;第八层(盖面)电流170 190A,送丝100 120cm/min。热丝电流、保护气流量及层间温度要求与实施例一相同。
权利要求
1.一种碳钢中厚板的焊接方法，采用TT焊系统实施焊接，待焊工件坡口形式U形坡口，单边角度5 7°，钝边厚度I. 5^2. Omm ;待焊工件点固时采用自熔方式，组对间隙控制在(Tl. Omm范围内；该方法包括如下步骤 第一步用酒精或丙酮对待焊工件的坡口及其附近区域进行清理，保持待焊工件的焊缝及其周边25mm范围内清洁； 第二步依据便于焊接作业时焊枪摆动为原则，选用不同型号的陶瓷喷嘴，以钨电极与焊缝底部垂直接触为基准，确定钨电极的伸出长度； 第三步调整导电嘴，使焊丝与钨电极端部距离控制在2. (T3. Omm范围内，并保证被送出的焊丝通过钨电极轴线沿线； 第四步采用摆动运枪方式实现电弧对坡口两侧的加热，并将单层焊道熔敷厚度控制在3_以下；随着焊层的增加，相应地缩短钨电极的伸出长度，同时调整导电嘴的位置，使焊丝与钨电极间距离始终保持在2. (T3. Omm的范围内； 第五步焊接在直流负极性条件下进行，焊接时，依次开启焊接电源(I)、直流热丝电源(2)及动态送丝机(5)，并将焊接电流、热丝电流，以及送丝速度调至工作设定值；焊接过程中，焊枪(6)指向其行进方向，且通过其角度调整，使焊丝与焊缝成近90°角送入熔池，并保证钨电极与待焊工件间的电弧长度控制在3_以下，以实现碳钢中厚板的焊接。
2.如权利要求I所述的焊接方法，其特征在于，第四步所述的摆动运枪方式为单层单道摆动方式、单层双道摆动方式或者二者相结合的方式。
全文摘要
一种碳钢中厚板的焊接方法属于非熔化极电弧焊接及电弧冶炼技术领域，该方法采用TT焊系统实施焊接，特别适合于厚度不大于20mm的中厚板焊接，待焊工件坡口形式采用U形坡口，单边角度5~7°，钝边厚度1.5~2.0mm；待焊工件点固时采用自熔方式，组对间隙控制在0~1.0mm范围内；施焊时采用摆动作业方式，实现电弧对坡口两侧的加热。本发明坡口加工精度要求低，焊接过程无飞溅，并能够保证良好的侧壁熔合效果，且焊缝截面积小、焊缝熔敷金属少、焊接效率高，特别适合于重要承载部件高质量要求的中厚板结构焊接；同时该方法操作简单，易于实现自动化。
文档编号B23K9/022GK102773592SQ201210253520
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者刘小鹏, 刘庆祝, 夏常青, 张事利, 张欣盟, 张立, 权亚莉, 杨景宏, 王洪亮, 赵雪山 申请人:长春轨道客车股份有限公司