一种HV结构PC位焊件的MAG焊接方法及工艺转让专利
申请号 : CN201810797100.X
文献号 : CN110732756B
文献日 : 2021-06-01
发明人 : 孙正夏 , 赵永州 , 李卓 , 韩秀法 , 周民
申请人 : 中车青岛四方机车车辆股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种HV结构PC位焊件的MAG焊接方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1、确定待焊的第一件和第二件的相对位置,所述第二件位于所述第一件的下侧;
S2、在所述第二件的焊接面上起焊,并形成焊接操作的起点;
S3、将电弧沿焊接操作的正方向倾斜向上引至对应所述第一件和第二件的交线位置,形成第一轨迹,所述焊接操作的正方向为:沿焊缝走向从焊接操作的起点指向终点的方向;
S4、将电弧沿焊接操作的正方向的反向倾斜向上引至对应所述第一件的焊接面的位置,形成第二轨迹;
S5、将电弧沿焊接操作的正方向倾斜向下引至对应所述第二件的焊接面的位置,形成第三轨迹,所述第三轨迹的结束点位于所述起点与终点之间;
S6、以第三轨迹的结束点作为起点,重复上述步骤,直至到达终点。
2.根据权利要求1所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接方法,其特征在于,所述第一件和第二件的交线位置与水平方向呈一定夹角,所述夹角为锐角。
3.根据权利要求1所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接方法,其特征在于,所述第一轨迹与所述第一件和第二件的交线位置呈一定夹角,所述第一轨迹与所述第一件和第二件的交线的夹角范围为5°~60°;
所述第二轨迹与所述第一件和第二件的交线位置呈一定夹角,所述第二轨迹与所述第一件和第二件的交线位置的夹角范围为15°~75°。
4.根据权利要求1所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接方法,其特征在于,所述第三轨迹的结束点距所述起点之间的距离为所述第一轨迹长度的0.2~0.6倍;
所述第一轨迹和/或第二轨迹和/或第三轨迹为直线段。
5.根据权利要求1所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接方法,其特征在于,所述第一件在焊接位置设置有单侧坡口,所述单侧坡口处构成所述第一件的焊接面;
所述第一件的钝边厚度的最小尺寸为0,最大尺寸为第一件的焊接接头在第二焊件上投影尺寸的0.8倍;
所述第一件的焊接接头在第二焊件上投影尺寸≥8mm;
所述第一件的焊接面和第二件的焊接面之间的夹角范围为30°~60°。
6.根据权利要求5所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接方法,其特征在于,所述第二轨迹的长度为所述单侧坡口在第二焊件上的投影垂直于所述正方向的尺寸的0.3~0.6倍。
7.根据权利要求1所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接方法,其特征在于,所述第二轨迹的运枪速度小于第一轨迹的运枪速度。
8.根据权利要求1所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接方法,其特征在于,所述第二件的焊接面与水平方向呈一定夹角,所述夹角为锐角;
所述锐角的范围为0°~30°。
9.一种HV结构PC位焊件的MAG焊接工艺,包括多个焊道,其特征在于,所述多个焊道中的至少一道采用权利要求1至8任一项所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接方法。
10.根据权利要求9所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接工艺,其特征在于,所述多个焊道中的第(2k+1)道焊接临近所述第一件的焊接面进行运枪操作,第2k道焊接临近所述第二件的焊接面进行运枪操作,其中k为≥1的整数;
第一道焊接临近所述第二件的焊接面进行运枪操作;
进行第(2k+1)道焊接时焊条与水平方向之间的夹角≥进行第[2(k+1)+1]道焊接时焊条与水平方向之间的夹角;
进行第2k道焊接时焊条与水平方向之间的夹角≤进行第2(k+1)道焊接时焊条与水平方向之间的夹角;
进行第2k道焊接时焊条与水平方向之间的夹角<进行第(2k+1)道焊接时焊条与水平方向之间的夹角。
11.根据权利要求10所述的HV结构PC位焊件的MAG焊接工艺,其特征在于,所述第2k道焊接的各轨迹的尺寸大于第(2k+1)道焊接的相应轨迹的尺寸;
当第(2k+1)道焊接的第一轨迹/第二轨迹/第三轨迹中至少一点落在坡口的边缘时,则该道焊接为最后一道焊接操作。
说明书 :
一种HV结构PC位焊件的MAG焊接方法及工艺
技术领域
背景技术
相同的结构,而对待焊工件在焊缝周围进行加工,使得两者的结构至少在对应的位置匹配。
此种焊接工艺增加了在坡口位置生成加工缺陷的隐患,并且,坡口加工往往造成坡口表面
不平整或者在坡口成型时在其便面附着油污、灰尘等杂质,上述情况均增加了焊接操作时
在焊缝位置形成焊接缺陷的几率。并且,并不是所有待焊工件相对应焊缝的位置均可进行
加工操作的,某些板材需在其尺寸较大的一面进行焊接操作,若对板材相对应焊缝的位置
进行加工,则会破坏板材的结构。进一步地,在实施MAG焊接操作时,由于焊接的区域相对较
小焊枪运动相对较快,使得焊缝根部焊道过窄、电弧可达性较差、焊接速度较快,电弧前移
速度随之加快,母材熔深不易保证极易出现未焊透缺陷,留有组装间隙情况下焊缝背面成
型后出现焊趾夹沟问题;焊接参数较小,熔池金属杂质不易浮出,极易残存在焊缝中形成缺
陷;随着焊道增加焊缝宽度随之增加,单道焊的跨幅度加大,填充及盖面层熔池金属受自身
重力影响,上坡口侧极易出现未熔合缺陷及焊缝下趟外观缺陷。上述问题均严重影响HV结
构PC位焊接的质量。
发明内容
接质量。
向;
位置做稍许停留或者焊接轨迹改变,在将待焊工件焊接到一起的同时,充分考虑不同待焊
工件处于不同的相对位置关系,应该有针对性的设计焊接轨迹。
的技术方案适用性广泛,可无需对焊接位置进行加工,或者简单的处理即可。
未焊透的缺陷,并且能够较大程度改善熔池金属杂质不易浮出,极易残存在焊缝中形成缺
陷的问题,并进一步缓解填充及盖面层熔池金属受自身重力影响,上坡口侧极易出现未熔
合缺陷及焊缝下趟外观缺陷等现象。使得焊接后获得的焊缝表面光滑,无需后处理。
附图说明
仅仅是一些实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以
根据这些附图获得其他附图。在附图中:
点/焊接操作的起点;52、第二轨迹;520、第二轨迹的起始点/第一轨迹的结束点;53、第三轨
迹;530、第三轨迹的起始点/第二轨迹的结束点;61、第一道;62、第二道;63、第三道;64、第
四道;65、第五道。
具体实施方式
不用来限制本发明的范围。
于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以
特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本
领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
或者焊接轨迹改变,在将待焊工件焊接到一起的同时,充分考虑不同待焊工件处于不同的
相对位置关系,应该有针对性的设计焊接轨迹。
焊接操作的起点指向终点的方向;从所述第一轨迹的起始点指向第一轨迹的结束点的向量
的方向为沿焊接操作的正方向倾斜向上;
指向第二轨迹的结束点的向量的方向为沿焊接操作的正方向的反向倾斜向上;
三轨迹的起始点指向第三轨迹的结束点的向量的方向为沿焊接操作的正方向倾斜向下;
缝的位置的至少部分为不均匀的结构时,应尽量保证焊接操作的起点和焊接操作的终点两
处,工件之间的距离相等或者近似相等。在图2所示的轨迹中,焊条朝向焊缝的一端的运动
轨迹为第一轨迹的起始点(焊接操作的起点)510——第二轨迹的起始点(第一轨迹的结束
点)520——第三轨迹的起始点(第二轨迹的结束点)530——第三轨迹53。
件2进行加热时,热量扩散能够影响到第一件1,对第一件的焊接面形成一定程度的热处理
作用,避免焊条进一步与第一件接触时由于过热影响明显造成熔池金属杂质不易浮出。并
且,在第二件的焊接面作为起焊位置,即使发生熔池金属在重力的作用下向下流淌的现象,
流淌下来的熔融金属也是与具有一定温度的第二件焊接面接触,两者之间能够良好融合,
减少该位置生成缺陷的隐患。
迹的方向调整,一方面,此种操作增加了焊条在该位置的停留时间,进一步增加在该位置处
的工件焊透性,增加熔池金属杂质的浮出几率;另一方面,在该位置处改变焊条的运行轨
迹,使得焊条的端部对熔池金属有一定的搅动作用,该搅动作用能够将熔池金属有效地填
充至两个焊件之间的缝隙的位置,增加焊接位置的熔池金属分布的均匀性,搅动的作用也
能够减小熔池金属在重力作用下向下侧流淌的程度。
使得第一轨迹和焊接操作的正方向构成的向量之间的夹角不为90°。此种操作能够增加焊
条在第二件上的运动范围(第一轨迹的长度范围),增加对第二件沿所述焊接操作的正方向
的焊透性的范围(在进行下一个周期的焊接操作时,由于上一个周期在第一轨迹的位置已
经进行了相当于热处理、表面改性的焊接操作,使得下一个周期的第三轨迹,甚至第一轨迹
均能够在焊透性良好的第二件上进行)。此处所述的焊接操作的正方向,在焊缝呈直线型
时,是指焊接操作起点指向焊接终点的向量。当焊缝为非直线型时,焊接操作的正方向是指
焊缝沿焊接操作起点指向终点的轨迹的方向。其中,所述第一轨迹的走向在焊接操作的正
方向上的分量大于0,可以理解为,第一轨迹在焊接操作的正方向上投影的尺寸大于0,此时
第一轨迹的起始点作为原点,焊接操作的正方向为坐标轴的正方向。
作,在形成第一轨迹时形成的焊透区域在第二轨迹形成的过程中再次受到热影响,使得焊
透的状态能够得到一定程度的保持,延长焊缝处的杂质析出时间,延长熔池的保温时间,减
小生成缺陷的几率。并且,由于焊条的运动轨迹有一个沿焊缝走向的“横向的分量”,使得焊
条在该方向上对熔池金属进行拖曳,减小熔池金属向下流淌的趋势。
证前两条轨迹的焊透性。对第三轨迹的结束点的位置进行设计,使其在焊接操作的起点朝
向所述正方向的一侧。
实施介绍的焊接操作方法主要针对横焊的操作,则焊缝的延伸方向与水平方向之间的夹角
不宜过大。但是由于本实施例中焊接操作焊条的运动轨迹根据焊件情况进行了加工设计,
则即使焊缝的延伸方向与水平方向呈一定的夹角,焊条运动对金属熔池产生的拖曳作用也
能够较大程度的避免熔融金属流淌的问题。优选地,所述锐角的范围为0°~15°。
3处最终构成焊缝,其走向与焊缝的走向近似。由于焊缝相对于焊接轨迹的尺寸较大,因此
进行此种描述。优选地,所述锐角的范围为5°~60°。进一步优选地,所述锐角的范围为10°
~45°。因此第一轨迹形成过程中焊条靠近第一件和第二件的交线位置,有效地在同时对焊
件进行加热,保证焊件焊透性的均匀分布。
述第一件和第二件的交线位置的夹角范围为15°~75°。进一步优选地,所述第二轨迹与所
述第一件和第二件的交线位置的夹角范围为30°~60°。可知,第二轨迹与所述第一件和第
二件的交线位置的夹角大于第一轨迹与所述第一件和第二件的交线位置的夹角。在第一轨
迹形成过程中,由于其对第一件已经形成了一定的热影响区,因此,第二轨迹以描绘焊缝区
域的范围为主,并且不会影响第二轨迹形成过程中的焊透区域的形成效果。
0.6倍。优选地,所述第三轨迹的结束点距所述焊接操作的起点510之间的距离为所述第一
轨迹51长度的0.3~0.4倍。该焊接轨迹尺寸以及与焊接操作的起点之间的关系设计,使得
在第三轨迹形成过程不仅仅能够保证焊接的朝向正方向进行,还能够使得第三轨迹的形成
能够再次影响第一轨迹形成的热影响区域,该作用类似于焊后的回火处理。各个焊接轨迹
之间相互影响,保证回火时间以及回火效果,增加应力的释放程度。
亦为直线段,能够更加有效的控制焊接步长、焊接方向。并且,直线的焊条运动轨迹能够对
熔池金属有效的搅拌,缓解熔池金属向下流淌的问题,而不是增加熔池金属流淌的区域。
面11。实际焊接操作过程中,待焊工件的焊接位置不一定具备加工的条件,某些加工会造成
工件的破坏。本实施例中的技术方案仅对两个焊接工件中的一个进行加工处理,形成破口,
而对另外一个工件可进行打磨、清洁等表面处理,而无需机加工。优选地,所述第一件在焊
接位置的钝边厚度的最小尺寸为0,最大尺寸为第一件焊接位置在第二焊件上投影尺寸的
0.8倍。钝边的尺寸可根据实际情况进行调整。当钝边的厚度为0时,则钝边处形成角状结
构,钝边即为角的交点位置。即第一件在其焊接位置靠近第二焊件的端部形成尖锐的角状
结构。
接面所处区域的最大厚度)不小于8mm。现有技术中的焊接操作,特别针对板材的焊接,由于
板材储热能力差,其焊透性能相对较差,针对较厚的板材一般不适用于MAG焊接。本实施例
中的技术方案则可较大程度的保证较厚的板材的焊接性能。优选地,所述第一件的焊接面
和第二件的焊接面之间的夹角范围为30°~60°。该夹角范围为坡口面的距第二件距离差最
大的两端之间的连线与第二件的焊接面的夹角,坡口面是平面还是曲面不作要求。进一步
优选地,所述第一件的焊接面和第二件的焊接面之间的夹角为45°。
的尺寸的0.3~0.6倍,或者,在第一件上没有设置单侧破口的情况下,所述第二轨迹52的长
度为第一件的焊接面的尺寸的0.3~0.6倍。本实施例中的焊接方法对焊接轨迹的尺寸进行
了限定。由于焊接由多个轨迹共同构成,其中第二轨迹对单次焊道的尺寸的影响较大,对第
二轨迹的尺寸进行限定能够有效地的限定焊道的尺寸。而对于第一轨迹和第三轨迹可通过
角度前述实施例中的焊接轨迹的角度控制来实。对于厚度较大的焊件,焊缝易采取多道焊
接堆砌而成。因此,本实施例中的尺寸限制根据第一件的焊接位置的尺寸进行限定,使得每
个周期中的各个轨迹能够更好的、恰当的相互影响,实现良好的焊透性。若第二轨迹的尺寸
选择较大则第三轨迹形成时第一轨迹已经较大程度的冷却,其对第一轨迹的影响也会趋于
减小。若第二轨迹的尺寸较小,则会在焊缝位置引起过热,影响母材性能,还会增加熔池金
属流淌的风险。
实施操作,通过电弧的作用实施焊接。针对不同的轨迹采用不同的焊接速度,一方面配合轨
迹的长度,使得焊接操作时轨迹周围的热影响区能够尽量均匀,另一方面,保证形成的熔池
内的金属具有相同的性质,进而实现焊缝处的结构均匀性,进一步保证杂质析出的条件相
同,避免生成有害晶体结构。
对第二件的焊接面为水平面或者与水平面呈较小的夹角的焊件结构具有良好的焊后效果。
现有技术中的横焊,为保证焊接件在相对应于焊缝处具有相同的结构,多须进行焊缝处的
机加工。或者,焊件在焊缝处的结构应保持对称,进而在运枪过程中使得焊件对应的位置焊
接环境相同,进而保证焊缝的焊接质量。但是,本实施例中的技术方案的设计针对不同焊件
的焊接位置情况不同,或者一定程度上不宜实施焊接区域加工,即使在相对于焊缝的位置,
第一件和第二件的结构相差较大,也能够实现高质量的焊接。
免在位置相对靠下侧的焊件的位置形成焊瘤、结痂,或者由于熔池金属流淌引起的其他缺
陷,多在相对于焊缝靠近下侧的焊件上进行加工,形成坡状结构或者槽状结构,以缓解上述
现象。但本实施例中介绍的技术方案不仅仅不必在第二件上进行类似的加工操作,即使第
二件的焊接面处于水平面或者与水平面之间的夹角很小,也能够保证焊接质量。优选地,所
述锐角的范围为0°~30°。
的MAG焊接方法。
接操作的起点指向终点的方向;
间;
也有多个焊道堆砌形成焊缝的焊接工艺,但是为了操作简便,其多在实施第一道焊接操作
时进行直线式的焊接。但本实施例中的技术方案尤其强调在第一道焊接时采用前述实施例
中的焊接方法,使得第一道焊接操作产生的热影响区和在后的几道焊接产生的热影响区几
乎一直,保证的焊接操作的正面或者背面(相对于图1的左侧和右侧)均能够到达均匀的焊
件效果。现有技术之所以在第一道焊接的位置无法采用迂回的焊接轨迹,是因为该位置往
往设置有坡口,厚度较薄,形成的金属熔池的情况较难控制,易于发生流淌的现象。但是采
用上述实施例中的技术方案则能够完全解决该问题。
结束点落在第2k‑1道焊道上。第一道焊道的第一轨迹的起始点和/或第三轨迹的结束点落
在第二件的焊接面上,其第二轨迹的结束点落在第一件的焊接面上。
道可能为第一道或者第2k道,则第一轨迹的起始点位于第二件上,但其第二轨迹的结束点
不会落在第一件上,而是落在相对靠近焊缝中轴线的位置(但对应于第一件);当该焊道靠
近第一件时,该焊道为第(2k+1)道,则第二轨迹的结束点会落在第一件上,但其第一轨迹的
起始点不会落在第二件上,而是落在相对靠近焊缝中轴线的位置(由在前的其他焊道构成,
对应于第二件)。
焊接临近所述第二件的焊接面进行运枪操作,其中k为≥1的整数。也就是说第(2k+1)道焊
接操作位置(焊条朝向焊缝的端部)位于第2k道焊接的上方。也就是先在第二件的焊接面上
实施焊接,并在此之后在该道焊接的上方堆积下一道焊接,后者更加靠近第一件的焊接面,
如图1中的第一件的焊接面11。
第一件的焊接面,增加焊枪对第一件的焊件面的热影响程度。因为焊接形成的金属熔池必
然会在重力的作用下呈现一定的流程趋势,此种角度设计使得金属熔池更主要的形成于第
一件的焊接面,则进一步金属产生的流动趋势作用于第二件,由于焊接操作的起点在第二
件上,所以金属熔池与第二件接触时两者之前能够良好融合,并且也能够减小熔融金属向
下方流动的程度。
条与水平方向之间的夹角≥进行第[2(k+1)+1]道焊接时焊条与水平方向之间的夹角。由于
第一件上多根据焊接要求设置有坡口,坡口距第二件的距离不同的位置的母材厚度是不同
的。则本实施例中的技术方案在实施时,在焊接面处对应的母材厚度较大时,使得焊条朝向
焊缝的端部更趋近于朝向第一件的焊接面,不仅仅能够缩短两者之间的距离,还能够保证
对对应厚度的母材的加热效果。
(2k+1)道焊接时,焊条朝向焊缝的端部更趋向于朝向第二件的焊接面,则焊条对金属熔池
进行搅拌时,能够在横向的拖曳作用下减小熔融金属向下方流淌的趋势,并减小焊条朝向
焊缝的端部与第二件的焊接面之间的距离。同理,第2k道焊接时焊条朝向焊缝的端部更趋
向于朝向第一件的焊接面,则能够减小熔融金属在第二件的焊接面上朝向远离焊缝的位置
流淌的趋势。
操作过程中,在距离第一件和第二件的交线位置以及朝向焊接操作的一面所构成的焊接区
域内,参见图5的右侧部分构成的扇形区域,距第一件和第二件的交线位置等长的弧线段内
均有两个焊道,例如图5中的第二道62和第三道63处于同一弧线段内,第四道64和第五道65
处于同一弧线段。第一道61焊接除外。
焊接的速度小于第k道焊接。进一步地,第k+1道焊接的第一轨迹和/或第二轨迹和/或第三
轨迹。
压/电流。一个实施例中的焊接工艺参数如下:
2‑3 135 JM‑55II 240A 24.6 DC/+ 1.00mm/s 2.19kj/mm
4‑5 135 JM‑55II 242A 25.2 DC/+ 0.92mm/s 2.67kj/mm
输入平均值的18%~24%为宜。
焊接操作。本实施例中的技术方案限定了焊接结束的条件。通过坡口的尺寸、形状确定焊道
的数量。或者,在对焊缝质量有特定要求时,可根据预期的焊道的数量确定坡口的尺寸、形
状。保证焊缝性能和焊接效果的同时,使得焊道充满坡口位置,并且不会在坡口周围造成过
于臃肿的现象,满足外观要求。进一步地,本实施例中的技术方案还能够通过焊道数量的控
制/对坡口尺寸、形状的控制来实现对焊缝周围的热影响区的尺寸的控制。使得热影响区均
匀的同时,避免热影响区的尺寸过大,进而避免焊接操作影响母材的性能。
的至少部分加工为如图4所示的结构。在焊接区域加工出至少一个凸出于其他焊接区域的
凸起状的焊接起点辅助件/终点辅助件4。使得第一件与第二件在接触时,其接触位置为不
连接的。或者,第一件与第二件确定相对位置后,第一件朝向第二件的端部至少有两个位置
距第二件的距离不相等。在起点辅助件4实施起焊操作有利于打开熔孔,在后续的焊接操作
中熔融的金属填充于图4所示结构的下侧相对向上凹陷的位置中,为熔融金属提供了更多
的流动方向,而不是堆积于图5中相对于右侧的位置,特别是在第一道焊接操作时,减少焊
瘤的生成。并且,增加了焊缝处杂质的析出方向,避免析出的杂质堆积形成缺陷。此结构也
为第一道焊接操作时的非直线型运枪轨迹提供更多的空间。
员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为
等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对
以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明方案的范围内。