CN101559541A - 一种气保焊焊缝合金化的实验方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气保焊焊缝合金化的实验用方法及其装置。其解决通过母材而不只是焊丝的气保焊焊缝合金化研究的新途径；使焊缝金属50％以上来自于母材，焊缝化学成分因母材不同而产生所需要的变化的问题。措施：将无焊接坡口的试验板放在实验装置的垫板与压板之间，焊缝设在两压板之间；经装置施压使试验钢板被压紧；用普通焊丝，以14～22KJ/厘米的焊接线能量在试验板的一面上设的焊缝处用气保施焊一道次；待焊缝自然冷却到≤150℃，将试验板翻面，再将试验板压紧并在焊缝处施焊一道次；待焊缝自然冷却到≤150℃取出试验板，并对焊缝进行硬度、冲击、金相等试验。本发明不需制作气体保护焊丝而进行试验，探索了一种研究气保焊缝韧性的有效方法。
Description
技术领域
本发明涉及气保焊方法，更属于气保焊焊缝合金化的实验用方法及其装置。
背景技术
目前，气保焊缝的合金化研究一般是通过研制新的焊丝而进行的，这种方法虽然从焊丝向焊缝合金过渡率高、较为可靠，焊接工艺适应范围广，但其不足之处：
(1)焊丝制作工序复杂，需要冶炼、浇锭、方坯轧制、盘条轧制、拉拔及镀铜等复杂工序及设备，尤其是当研制合金含量较高的气保焊丝，拉拔时还需经反复退火处理；
(2)通过小批量制造气保焊丝进行气保焊的合金化研究成本高、耗时长；
(3)甚至有时由于缺乏盘条制作设备无法进行，小批量盘条制作设备因生产效率低、能耗大，在我国基本遭到淘汰；
(4)有些合金系盘条因拉拔性能不好没法拉制成丝。
另外，合金元素对焊缝强度的影响的研究比较透彻，并有文献开发了相应的预测方法，且得到广泛应用，但是合金元素对焊缝韧性的影响则比较复杂，目前还没有比较可靠的方法对韧性作预测，主要依靠焊接实验。
从上面分析看，通过制作不同合金含量的焊丝对气保焊缝进行合金化的传统研究方法有太多局限性。因此探索一种气保焊缝合金化研究新技术非常有意义。
发明内容
本发明要解决的问题：通过制作不同合金含量的薄板，采用恰当的气保焊焊接工艺，使焊缝金属50％以上来自于母材，焊缝化学成分因母材不同而产生所需要的变化；通过母材而不只是焊丝的气保焊焊缝合金化研究的新途径。
解决上述问题的技术措施
一种气保焊焊丝合金化的实验方法，其步骤：
1)将无焊接坡口的厚度为6～8毫米厚的试验焊接钢板放置在实验装置的垫板与压板之间；焊缝设置在对称的两块压板之间，并使焊缝的中心线与垫板上凹槽的的中心线在一条直线上；
2)经实验装置施压使试验焊接钢板被紧密压紧，并要使试验焊接钢板保持平整；
3)用普通焊丝，以14～22KJ/厘米的焊接线能量在试验焊接钢板的一面上设计的焊缝处，采用体积百分比为20％CO2加上80％Ar的富氩或CO2气体作保护气体进行施焊一道次；
4)待焊缝自然冷却到≤150℃时，将实验装置的压力装置松开，将试验焊接钢板翻面，并使此面设定的焊缝中心线与已焊接的焊缝在同一条直线上；压板放置到位后，再将试验焊接钢板压紧，并保持平整；
5)仍用普通焊丝，以14～22KJ/厘米的焊接线能量在试验焊接钢板的反面上设计的焊缝处施焊，采用体积百分比为20％CO2加上80％Ar的富氩作保护气体；
6)待焊缝自然冷却到≤150℃时，将实验装置的压力装置松开，取出试验焊接钢板；
7)对焊缝进行硬度、冲击、金相等试验，分析研究气保焊合金元素对焊缝组织性能的影响。
用于权利要求1中所述的一种气保焊焊丝合金化的实验方法的装置，由托板、托板上放置的带凹槽的垫板组成，其在于：在垫板上设有以在试验焊接钢板的上设计的焊缝处为中线，在其两侧对称放置压板，在压板上设有压力装置。
其在于：压力装置在压板上为对称均匀布局。
本发明与现有技术相比，其特点在于主要依靠从钢板向焊缝过渡合金；焊缝成分及组织因母材成分的变化产生变化，焊接热过程与熔敷金属焊接条件接近；焊缝组织性能试验结果可靠；不需制作气体保护焊丝，避开了气保焊丝制作难的问题，更加方便、节省；探索出了一种研究气保焊缝韧性的有效方法。
附图说明
图1为气保焊焊丝合金化实验方法的装置的结构示意图
图2为图1的俯视结构示意图
具体实施方式
下面结合附图进行详细描述：
本发明实施流程：
试验钢冶炼及浇铸→热轧成6～8mm厚试验焊接钢板→在实验装置上进行正反面气保焊接(保护气体为体积百分比为20％CO2加上80％Ar的富氩或CO2气体)→焊缝组织性能分析。
施焊条件：
实验焊接钢板的宽度为150～250mm的钢板为宜，本例钢板宽度为180mm；焊丝直径为1.2mm；采用钢板无坡口正反面气保焊接；
现详细说明本发明实施过程及试验验证。
(1)试验钢冶炼及浇铸。焊缝合金化研究所需材料数量不多，故采用小炉钢即可，钢的成分根据研究需要确定。本项目采用的是50kg真空炉，能准确控制钢的主合金元素含量，并能控制气体含量。冶炼了5炉制，化学成分如表1所示、表2为实验焊接工艺条件、表3为实验检测的焊缝化学成分及重量百分比(wt％)、表4实验检测的焊缝硬度(HV10)及计算抗拉强度(MPa)、表5焊缝冲击试验结果、表6焊缝金属组织。
2、焊接的装置
由托板1、托板1上放置的带凹槽2的垫板3组成。其在垫板3上设有以在试验焊接钢板的上设计的焊缝处为中线，在其两侧对称放置压板4，每边的压板4为2块，在每块上设有螺旋压力装置5。
3、一种气保焊焊丝合金化的实验方法，其步骤：
1)将无焊接坡口的厚度为6～8毫米厚的试验焊接钢板放置在实验装置的垫板3与压板4之间；焊缝设置在对称的两块压板4之间，并使焊缝的中心线与垫板3上凹槽2的的中心线在一条直线上；
2)经实验装置的螺旋压力装置5施压使试验焊接钢板被紧密压紧，并要使试验焊接钢板保持平整；
3)用普通焊丝，以14～22KJ/厘米的焊接线能量在试验焊接钢板的一面上设计的焊缝处，采用体积百分比为20％CO2加上80％Ar的富氩或CO2气体作保护气体进行施焊一道次；
4)待焊缝自然冷却到≤150℃时，将实验装置的螺旋压力装置5松开，将试验焊接钢板反面，并使此面设定的焊缝中心线与已焊接的焊缝在同一条直线上；压板4放置到位后，再通过螺旋压力装置5将试验焊接钢板压紧，并保持平整；
5)仍用普通焊丝，以14～22KJ/厘米的焊接线能量在试验焊接钢板的反面上设计的焊缝处施焊，采用体积百分比为20％CO2加上80％Ar的富氩或CO2作保护气体；
6)待焊缝自然冷却到≤150℃时，将实验装置的螺旋或压重块式的压力装置5松开，取出试验焊接钢板；
7)对焊缝进行硬度、冲击、金相等试验，分析研究气保焊合金元素对焊缝组织性能的影响。
表1试验钢化学成分(wt％)及规格(mm)
| 序号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | W | Cu |
| 1 | 0.105 | 0.86 | 1.72 | 0.013 | 0.0039 | 0.63 | / | / | 0.29 |
| 2 | 0.100 | 0.44 | 1.14 | 0.011 | 0.0036 | 0.53 | / | / | 0.31 |
| 3 | 0.087 | 0.49 | 1.80 | 0.008 | 0.0036 | 0.64 | 1.41 | 0.37 | 0.41 |
| 4 | 0.081 | 0.44 | 1.29 | 0.007 | 0.0040 | 0.53 | 1.19 | 0.35 | 0.35 |
| 5 | 0.079 | 0.35 | 1.25 | 0.008 | 0.0039 | 0.43 | 0.87 | / | 0.30 |
表2焊接工艺条件
| 编号 | 钢板号 | 板厚mm | 焊接电流A | 焊接电压V | 焊接速度cm/min | 线能量kJ/cm | 焊丝 | 保护气体 |
| 1 | 2 | 6 | ～260 | ～27 | ～31 | 14 | ER70S-6 | CO2 |
| 2 | 2 | 6 | ～260 | ～27 | ～31 | 14 | ER70 | CO2 |
| 3 | 2 | 6 | ～260 | ～27 | ～31 | 14 | ER70S-G | CO2 |
| 4 | 4 | 6 | ～260 | ～27 | ～31 | 14 | ER70 | 富Ar |
| 5 | 4 | 6 | ～260 | ～27 | ～31 | 14 | ER80S-G | 富Ar |
| 6 | 4 | 6 | ～260 | ～27 | ～31 | 14 | ER70 | CO2 |
| 7 | 5 | 6 | ～260 | ～27 | ～31 | 14 | ER70 | 富Ar |
| 8 | 5 | 6 | ～260 | ～27 | ～31 | 14 | ER80S-G | 富Ar |
| 9 | 1 | 7 | ～300 | ～27 | ～28 | 17 | ER70S-6 | CO2 |
| 10 | 3 | 8 | ～320 | ～27 | ～24 | 22 | ER70 | 富Ar |
表3焊缝化学成分(wt％)
| 编号 | C | S | Re | W | Si | Mn | Cu | Cr | Ni | Ti | Mo |
| 1 | 0.085 | 0.0079 | / | / | 0.72 | 1.40 | 0.22 | 0.40 | / | / | / |
| 2 | 0.097 | 0.0043 | / | / | 0.64 | 1.52 | 0.34 | 0.51 | 0.43 | / | / |
| 3 | 0.095 | 0.0040 | / | / | 0.74 | 1.41 | 0.24 | 0.41 | / | 0.056 | / |
| 4 | 0.088 | 0.0035 | 0.013 | 0.25 | 0.48 | 1.58 | 0.39 | 0.53 | 1.22 | 0.038 | / |
| 5 | 0.080 | 0.0028 | 0.012 | 0.26 | 0.42 | 1.47 | 0.29 | 0.38 | 0.87 | 0.032 | 0.070 |
| 7 | 0.081 | 0.0035 | / | / | 0.42 | 1.37 | 0.33 | 0.40 | 0.89 | 0.019 | / |
| 8 | 0.073 | 0.0043 | / | / | 0.35 | 1.20 | 0.22 | 0.27 | 0.55 | 0.012 | 0.068 |
表4焊缝硬度(HV10)及计算抗拉强度(MPa)
| 2 | 3 | 4 | 5 | 8 | |
| 测试结果 | 232 231 235233 | 217 216 218216 | 271 272 254266 | 268 250 260259 | 193 191 187190 |
| 计算强度 | 725 | 680 | 820 | 800 | 610 |
注：计算方法采用文献(专利申请号200810236873.7)方法进行。
表5焊缝冲击试验结果
注：试样尺寸为5×10×55(mm)。
表6焊缝金属组织
| 2 | 3 | 4 | 5 | 8 |
| 先共析铁素体+针状铁素体 | 先共析铁素体+针状铁素体 | 针状铁素体 | 针状铁素体体+少量先共析铁素 | 先共析铁素体+针状铁素体 |
比较2#与6#，4#与7#，5#与8#三组试验结果，每组焊丝、保护气体及焊接工艺相同，但只有母材不同。可以看出：母材化学成分变化时，焊缝化学成分产生相应变化，焊缝的韧性、硬度及金相组织都有明显变化。通过选择不同化学成分的母材及焊丝，得到不同化学成分及组织性能的焊缝，有效地研究了焊缝合金化。
经对焊缝进行检测，其结果焊缝金属50％以上来自于母材，正反焊缝间有1～2mm重叠。
Claims (3)
1、一种气保焊焊缝合金化的实验方法，其步骤：
1)将无焊接坡口的厚度为6～8毫米厚的试验焊接钢板放置在实验装置的垫板与压板之间；
焊缝设置在对称的两块压板之间，并使焊缝的中心线与垫板上凹槽的的中心线在一条直线上；
2)经实验装置施压使试验焊接钢板被紧密压紧，并要使试验焊接钢板保持平整；
3)用普通焊丝，以14～22KJ/厘米的焊接线能量在试验焊接钢板的一面上设计的焊缝处施焊，采用体积百分比为20％CO2加上80％Ar的富氩作保护气体进行施焊一道次；
4)待焊缝自然冷却到≤150℃时，将实验装置的压力装置松开，将试验焊接钢板翻面，并使此面设定的焊缝中心线与已焊接的焊缝在同一条直线上；压板放置到位后，再将试验焊接钢板压紧，并保持平整；
5)仍用普通焊丝，以14～22KJ/厘米的焊接线能量在试验焊接钢板的反面上设计的焊缝处施焊一道次，采用体积百分比为20％CO2加上80％Ar的富氩或CO2气体作保护气体；
6)待焊缝自然冷却到≤150℃时，将实验装置的压力装置松开，取出试验焊接钢板；
7)对焊缝进行硬度、冲击、金相等试验，分析研究气保焊合金元素对焊缝组织性能的影响。
2、用于权利要求1中所述的一种气保焊焊丝合金化的实验方法的装置，由托板(1)、托板(1)上放置的带凹槽(2)的垫板(3)组成，其特征在于：在垫板(3)上设有以在试验焊接钢板的上设计的焊缝处为中线，在其两侧对称放置压板(4)，在压板(4)上设有压力装置(5)。
3、如权利要求2中所述的一种气保焊焊丝合金化的实验方法的装置，其特征在于：压力装置(5)在压板(4)上为对称均匀布局。
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