CN104690401B - 一种急冷式脉动焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种急冷式脉动焊接方法，先将焊件水平悬空夹持在焊接工装中，甲焊工开始引弧并填丝焊接，待达到所需的熔化量后停止填丝，迅速拉开焊枪并保证不熄灭电弧。在甲焊工拉开焊枪的同时，乙焊工在焊件正面或背面对熔池中心迅速喷射液氮1～3s后移开液氮喷嘴。甲焊工再迅速操作焊枪回到上一个焊点附近继续熔化焊接，重复上述过程直到焊接结束。由于焊接熔池可以在最短的时间内得到急冷作用而非接近凝固结束或已经凝固才施加急冷作用，因此晶粒细化效果可以得到保证，同时，正常的焊接熔化过程不受影响。

Description

一种急冷式脉动焊接方法
技术领域
本发明是关于焊缝晶粒细化的，特别设计一种焊件正面焊枪往复振动、焊件正面或背面采用液氮激冷，并使焊枪和液氮喷嘴协同控制的脉动式焊接方法。
背景技术
通常情况下，金属焊接时焊缝的晶粒往往比母材的晶粒粗大，尤其是如奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢及镍基合金等，焊缝晶粒十分粗大，直接影响到焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能。
根据申请者对国内外相关文献的研究发现，焊缝晶粒细化方法可以分为两大类：化学法和物理法。化学法包括在熔化阶段添加细化剂或变质剂方法；物理法包括在熔化阶段施加外场干扰结晶过程如电磁搅拌、超声波搅拌、脉冲焊接搅拌等，还包括在冷却阶段的快速冷却以及冷却至室温后对焊件施加大变形后退火再结晶等方法。采用大变形后退火再结晶法，由于焊件成型后使焊缝发生大塑性变形后再结晶设备和工艺复杂，不适用。添加细化剂等的化学法虽然理论上存在晶粒细化均匀细小的优点，但由于细化剂施加工艺困难并有在焊接熔池中漂浮、团聚等现象，较难使用。虽然采用原位生成方法可以在一定程度上避免添加工艺复杂性，但也较难避免对焊缝“杂质”化的缺点，带来力学性能和腐蚀性能下降的风险，而且与焊接母材紧密相关，对某种金属适合的细化剂很难适合其它金属材料。已有实践证明，快速急冷被证明是适合焊缝晶粒细化的方法。
因此，本发明采用焊枪熔化焊件及焊丝形成熔池后，使焊枪沿纵向移动到未焊接处，同时在焊件正面或背面采用液氮急冷，使熔池快速凝固结晶达成焊缝晶粒细化的目的。
发明内容
本发明的目的，是克服现有技术的焊缝晶粒粗大、直接影响焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能的缺陷，提供一种在不影响正常焊接过程的前提下，采用液氮快速急冷的方法，达到使焊缝晶粒细化的方法。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种急冷式脉动焊接方法，具有如下步骤：
(1)将两块焊件点固，并水平悬空夹持在焊接工装中；
(2)甲焊工用手工焊方法在焊件正面引弧开始焊接；
(3)甲焊工焊接并填充焊丝2～5s后，在停止填充焊丝的同时迅速将焊枪前行10～20mm到未焊接处并保持电弧不熄灭；
(4)在甲焊工移开焊枪的同时，乙焊工在焊件正面或背面，对焊接熔池中心处，迅速喷射液氮1～3s，使熔池凝固后停止喷射操作并移开液氮喷嘴；
(5)根据焊点重叠量的要求，甲焊工迅速操作焊枪使其回撤到距上一个焊点中心约2～6mm处；
(6)重复(3)～(5)步骤实现脉动焊接，直到完成整条焊缝的焊接。
所述步骤(1)的焊件为200mm×100mm×3mm的Inconel601镍基合金焊件2块，组对间隙为1mm。
所述步骤(4)的喷射液氮时间为1s。
本发明由于采用了液氮急冷，使得焊缝的冷却速度急剧增大，减少了晶粒长大时间，使得焊缝晶粒细化；由于选择在熔池结晶开始时刻喷射液氮激冷，因此不影响正常的焊接熔池形成过程。本发明属于物理法晶粒细化，因此也没有对焊缝“杂质”化的缺点。总之，采用本发明的焊接方法，焊缝晶粒得以细化，从而提高了焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能，保证了航空航天、核电、火电及海洋工程等行业的重要焊接结构的制造质量。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
1.将200mm×100mm×3mm的Inconel601镍基合金焊件2块，组对间隙1mm，并间隔100mm点固3点；
2.将焊件水平悬空夹持在焊接工装中；
3.采用脉冲钨极氩弧手工焊，弧焊电源按如表1所示的焊接工艺参数调节好；
表1
4.甲焊工用手工焊方法在焊件正面引弧开始焊接；
5.甲焊工填充ERNiCr-3镍基合金焊丝约3s后，在停止填充焊丝的同时迅速将焊枪前行约10mm到未焊接处，并保持电弧不熄灭；
6.在甲焊工移开焊枪的同时，乙焊工在焊件正面，对焊接熔池中心处，迅速喷射液氮约1s，使熔池凝固后停止喷射操作并移开液氮喷嘴；
7.甲焊工迅速操作焊枪使其回撤到距上一个焊点中心约4mm处；
8.重复5～7步，直至整条焊缝焊接完毕；
9.关闭弧焊电源及液氮喷嘴，并拆下焊件；
10.垂直于焊缝，截取焊缝试样10mm×10mm×3mm，3个；
11.将试样镶嵌，然后用型号为400#、800#、1200#、1500#、2000#的砂纸对试样进行磨样，将磨好的试样在金相抛光机上进行抛光；
12.用配比为1:10氯化铁盐酸溶液进行腐蚀；
13.在BX41M型奥林巴斯金相显微镜，依据海恩法测定焊缝平均晶粒度。晶粒度测量结果如表2所示。
表2
实施例2
1.将200mm×100mm×3mm的Inconel601镍基合金焊件2块，组对间隙为1mm，并间隔100mm点固3点；
2.将焊件水平悬空夹持在焊接工装中；
3.采用脉冲钨极氩弧手工焊，弧焊电源按如表3所示的焊接工艺参数调节好；
表3
4.甲焊工用手工焊方法在焊件正面引弧开始焊接；
5.甲焊工填充ERNiCr-3镍基合金焊丝约3s后，在停止填充焊丝的同时迅速将焊枪前行约10mm到未焊接处，并保持电弧不熄灭；
6.在甲焊工移开焊枪的同时，乙焊工在焊件背面，对焊接熔池中心处，迅速喷射液氮约1s，使熔池凝固后停止喷射操作并移开液氮喷嘴；
7.甲焊工迅速操作焊枪使其回撤到距上一个焊点中心约4mm处；
8.重复5～7步骤，直至整条焊缝焊接完毕；
9.关闭弧焊电源及液氮喷嘴，并拆下焊件；
10.垂直于焊缝，截取焊缝试样10mm×10mm×3mm，3个；
11.将试样镶嵌，然后用型号为400#、800#、1200#、1500#、2000#的砂纸对试样进行磨样，将磨好的试样在金相抛光机上进行抛光；
12.用配比为1:10氯化铁盐酸溶液进行腐蚀；
13.在BX41M型奥林巴斯金相显微镜，依据海恩法测定焊缝平均晶粒度。晶粒度测量结果如表4所示。
表4
本发明可以通过PLC即可编程控制器实现对步骤5～7的自动控制。
结论：普通的脉冲钨极氩弧焊在同样焊接工艺参数下，焊缝平均晶粒度为124μm。采用本发明的焊接方法，在焊件正面喷射液氮时，焊缝平均晶粒度约细化1倍；在焊件背面喷射液氮时，焊缝平均晶粒度约细化0.6倍，效果十分明显。

Claims (3)

1.一种急冷式脉动焊接方法，具有如下步骤：
(1)将两块焊件点固，并水平悬空夹持在焊接工装中；
(2)甲焊工用手工焊方法在焊件正面引弧开始焊接；
(3)甲焊工焊接并填充焊丝2～5s后，在停止填充焊丝的同时迅速将焊枪前行10～20mm到未焊接处并保持电弧不熄灭；
(4)在甲焊工移开焊枪的同时，乙焊工在焊件正面或背面，对焊接熔池中心处，迅速喷射液氮1～3s，使熔池凝固后停止喷射操作并移开液氮喷嘴；
(5)根据焊点重叠量的要求，甲焊工迅速操作焊枪使其回撤到距上一个焊点中心2～6mm处；
(6)重复(3)～(5)步骤实现脉动焊接，直到完成整条焊缝的焊接。
2.根据权利要求1所述的一种急冷式脉动焊接方法，其特征在于，所述步骤(1)的焊件为200mm×100mm×3mm的Inconel601镍基合金焊件2块，组对间隙为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种急冷式脉动焊接方法，其特征在于，所述步骤(4)的喷射液氮时间为1s。
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