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CN111421204B - 薄壁金属的表面堆焊方法 - Google Patents

薄壁金属的表面堆焊方法 Download PDF

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CN111421204B CN202010147029.8A CN202010147029A CN111421204B CN 111421204 B CN111421204 B CN 111421204B CN 202010147029 A CN202010147029 A CN 202010147029A CN 111421204 B CN111421204 B CN 111421204B
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Abstract

本发明公开一种薄壁金属的表面堆焊方法，其包括以下步骤：1)选择可实现峰值‑谷值电流输出的电源，通过调整峰值电流、峰值电流时间、谷值电流、谷值电流时间，获得符合要求的焊道；2)依次完成不同焊道的焊接，形成焊层；以及3)重复步骤2)，依次完成不同焊层的焊接，完成所有焊层的焊接。相对于现有技术，本发明薄壁金属的表面堆焊方法运用带有峰值‑谷值电流切换特性的电源，避免了峰值电流持续对金属表面加热而引起的金属温度过高，可避免薄壁金属背面烧穿、过分氧化等质量问题。

Description

薄壁金属的表面堆焊方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，更具体地说，本发明涉及一种薄壁金属的表面堆焊方法。
背景技术
目前，在实际生产中，会遇到很多因金属表面或浅表面缺陷而需要堆焊处理的情况。
请参照图1所示，受金属壁厚11(金属堆焊表面12和金属背面13之间的间距)较小的影响，现有的表面堆焊方法存在以下缺陷：其一，焊接电弧16在焊接时，焊缝熔深大，容易造成因焊接热源引起的金属击穿14；其二，金属加热温度高，容易导致金属背面13被氧化15、烧损等质量问题。特别地，对于内部有一定压力的水、油、气体等介质的管道，焊接方法不当会导致金属内部介质泄露等生产事故。
有鉴于此，确有必要提供一种薄壁金属的表面堆焊方法，以避免薄壁金属背面烧穿、过分氧化等质量问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种薄壁金属的表面堆焊方法，以避免薄壁金属背面烧穿、过分氧化等质量问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种薄壁金属的表面堆焊方法，其包括以下步骤：
1)选择可实现峰值-谷值电流输出的电源，通过调整峰值电流、峰值电流时间、谷值电流、谷值电流时间，获得符合要求的焊道；
2)依次完成不同焊道的焊接，形成焊层；以及
3)重复步骤2)，依次完成不同焊层的焊接，完成所有焊层的焊接。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，所述薄壁金属的厚度不超过5mm。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，所述焊道的厚度不超过1/2焊道宽度，不超过3倍焊接材料的直径。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，当前焊道中心与前序焊道之间的搭接距离为前序焊道宽度的1/3～1/2。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，控制所述焊道或焊层间温度不超过100℃。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，焊接当前焊道之前，对前序焊道进行无损探伤。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，焊接当前焊层之前，对前序焊层进行无损探伤。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，通过峰值电流、峰值电流时间、谷值电流、谷值电流时间的选择，产生的线能量输出不超过25KJ/cm。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，所述薄壁金属为厚度3.05mm至5mm的不锈钢。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，峰值电流65-85A，峰值电流时间0.1～0.4秒，谷值电流50-60A，谷值电流时间0.1～0.4秒，峰值电流时间和谷值电流时间之和为0.5秒。
作为本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一种改进，焊接速度为20-60mm/min。
相对于现有技术，本发明薄壁金属的表面堆焊方法具有以下优点：
(1)采用带有峰值-谷值电流切换特性的电源，避免了峰值电流持续对金属表面加热而引起的金属温度过高；
(2)限定焊缝成形系数以及其相关的单个焊道宽度，由此减小焊接摆动幅度，从而减小了焊接熔池在金属表面的停留时间；
(3)增加了焊道间搭接宽度，从而加大了焊接过程中的金属厚度；
(4)降低了焊道/焊层之间温度，即降低了次道/层焊前的起始温度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明薄壁金属的表面堆焊方法进行详细说明，其中：
图1为现有技术薄壁金属的表面堆焊方法中，薄壁金属的示意图；
图2为本发明薄壁金属的表面堆焊方法中，具有峰值-谷值电流输出特性的电源示意图。
图3为本发明薄壁金属的表面堆焊方法中，焊道成形示意图。
图4为本发明薄壁金属的表面堆焊方法中，焊接摆动示意图。
图5为本发明薄壁金属的表面堆焊方法中，焊道搭接示意图。
图6为本发明薄壁金属的表面堆焊方法中，焊层布置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参照图2至5所示，本发明薄壁金属的表面堆焊方法包括以下步骤：
1)选择可实现峰值-谷值电流输出的电源，通过调整峰值电流、峰值电流时间、谷值电流、谷值电流时间，获得符合要求的焊道；
2)依次完成不同焊道的焊接，形成焊层；以及
3)重复步骤2)，依次完成不同焊层的焊接，完成所有焊层的焊接。
需要说明的是，薄壁是指金属厚度小于5mm(如3.05mm至5mm)，金属是指碳钢或不锈钢，表面堆焊是指在金属表面运用焊接方法熔覆金属。
请特别参照图2所示，根据本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一个实施方式，焊接电源能够输出峰值-谷值电流，具有周期特征，能够分别独立调节峰值电流21、谷值电流22、峰值电流时间23和谷值电流时间24，例如，峰值电流65-85A，峰值电流时间0.3秒，谷值电流50-60A，谷值电流时间0.2秒。以焊接速度为20-60mm/min焊接时，产生的线能量输出不超过25KJ/cm。在其他实施方式中，峰值电流时间可以选自0.1～0.4秒，谷值电流时间可以选自0.1～0.4秒，峰值电流时间和谷值电流时间之和为0.5秒。
请参照图3和图4所示，对于具有一定焊道高度31、焊道宽度32和焊道熔深33的焊道41，焊接电弧在两个焊接熔池43之间摆动定义焊接摆动距离42。根据本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一个实施方式，焊道的厚度不超过1/2焊道宽度32，不超过3倍焊接材料的直径。
请参照图5所示，根据本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一个实施方式，当前焊道中心53与前序焊道52之间的焊道搭接宽度54为前序焊道52宽度的1/3～1/2，焊道搭接宽度54增加了焊道中心金属厚度51。
请参照图6所示，根据本发明薄壁金属的表面堆焊方法的一个实施方式，控制焊道或焊层间温度不超过100℃，即，次焊道焊接前，测量前焊道的温度不超过100℃；次层焊接前，测量前序焊层温度不超过100℃。
为了改善本发明薄壁金属的表面堆焊方法的焊接效果，焊接当前焊道之前，对前序焊道进行无损探伤；焊接当前焊层之前，对前序焊层进行无损探伤。
表1本发明薄壁金属的表面堆焊方法不同实施例的参数和实验结果
Figure BDA0002401119280000041
Figure BDA0002401119280000051
无损检测：采用NBT47013.5-2015承压设备无损检测第5部分：渗透检测。堆焊层铁素体含量：堆焊层的第一层δ-铁素体数≥7.5FN或δ铁素体数≥5FN且碳含量小于0.02％，后续层的δ-铁素体数应不低于7.5FN，同时，δ-铁素体含量最高应不超过15％。采用标准：GB/T1954-2008铬镍奥氏体不锈钢焊缝金属中铁素体含量的测量方法JB/T7853-1995铬镍奥氏体不锈钢焊缝中铁素体数的测量。
从表1的实验结果可以看出，本发明薄壁金属的表面堆焊方法的各个实施例中，无损检测和堆焊层铁素体含量的实验结果都符合技术要求。
可以理解的是，虽然本申请仅以厚度为3.05至4.19mm的不锈钢金属为例对本发明薄壁金属的表面堆焊方法进行说明，但是，本发明薄壁金属的表面堆焊方法也同样适用于其他厚度不超过5mm的薄壁金属，如碳钢等，只要根据实际需要相应调整峰值电流、峰值电流时间、谷值电流、谷值电流时间和焊接速度即可。
相对于现有技术，本发明薄壁金属的表面堆焊方法具有以下优点：
(1)采用带有峰值-谷值电流切换特性的电源，避免了峰值电流持续对金属表面加热而引起的金属温度过高；
(2)限定焊缝成形系数以及其相关的单个焊道宽度，由此减小焊接摆动幅度，从而减小了焊接熔池在金属表面的停留时间；
(3)增加了焊道间搭接宽度，从而加大了焊接过程中的金属厚度；
(4)降低了焊道/焊层之间温度，即降低了次道/层焊前的起始温度。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种薄壁金属的表面堆焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选择可实现峰值-谷值电流输出的电源，通过调整峰值电流、峰值电流时间、谷值电流、谷值电流时间和焊接速度，使产生的线能量输出不超过25KJ/cm，获得符合要求的焊道；其中，峰值电流65-85A，峰值电流时间0.1～0.4秒，谷值电流50-60A，谷值电流时间0.1～0.4秒，峰值电流时间和谷值电流时间之和为0.5秒，焊接速度为20-60mm/min；
2)依次完成不同焊道的焊接，形成焊层，所述焊道的厚度不超过1/2焊道宽度，不超过3倍焊接材料的直径，且在焊接当前焊道之前，对前序焊道进行无损探伤；以及
3)重复步骤2)，依次完成不同焊层的焊接，完成所有焊层的焊接；其中，在焊接当前焊层之前，对前序焊层进行无损探伤。
2.根据权利要求1所述的薄壁金属的表面堆焊方法，其特征在于，所述薄壁金属的厚度不超过5mm。
3.根据权利要求1所述的薄壁金属的表面堆焊方法，其特征在于，当前焊道中心与前序焊道之间的搭接距离为前序焊道宽度的1/3～1/2。
4.根据权利要求1所述的薄壁金属的表面堆焊方法，其特征在于，控制所述焊道或焊层间温度不超过100℃。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的薄壁金属的表面堆焊方法，其特征在于，所述薄壁金属为厚度3.05mm至5mm的不锈钢。
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