[发明专利]一种气保焊线能量的确定方法

说明书

技术领域

本发明申请涉及材料加工焊接领域，具体属于一种气保焊焊接工艺参数的确定方法。采用此方法可以确定不同坡口的气保焊线能量，显著提高焊接成功率。

背景技术

气保焊具有易于自动化、效率高、焊缝质量好的特点。对于中厚板气保焊，以往一般采用多道多层焊。但是，多道多层焊不仅效率低，而且焊缝质量不易保证，主要在于焊道间易出现夹渣等缺陷，前道焊缝受后道焊缝的热循环影响而发生晶粒粗化及性能恶化。所以，在实际操作中，希望根据工件条件，开发一次焊满工艺，如铁路罐体生产中的环焊及车轮轮辋焊接，希望采用一次成形气保焊以提高效率和焊缝质量。但是，目前并没有成熟的焊接工艺可供参考。对于多道多层焊，可以通过一道道的焊接，直到焊满就可以了，不需要对焊接线能量作特别的控制。一次成形是对工件一侧需要焊接的部位，通过一道次的焊接，就可以达到需要的焊缝熔深及焊缝余高，不产生缺陷。焊接效率提高，焊缝组织更为均匀。一次成形工艺对焊接线能量有较高的要求，线能量过小时，则易出现未填满；线能量过大时，焊缝过高。焊缝未填满或余高过大都会导致焊缝尺寸不合格。然而，决定焊接线能量的因素很多，包括焊接坡口的各参数如深度、角度、以及焊缝余高及宽度等因素，仅凭经验成功率必然很低。如果能发明一种气保焊一次成形的线能量控制技术，则对于气保焊一次成形新工艺的应用具有重要意义。

经检索，中国专利申请号为20151024811.9的文献，其具体公开了一种 “能快速确定V型坡口埋弧焊一次成形线能量的方法”，其针对埋弧焊作了研究。其将埋弧焊缝看成是焊前单侧坡口为三角形、焊后熔解的母材部分近似为平形四边形+根部1/2圆形、及余高焊缝近似为半椭圆。结合埋弧焊各参数如坡口深度、角度、以及焊缝余高及宽度等因素，进行焊接线能量的预控，对于埋弧焊比较合适，在科研及生产中发挥了良好作用，提高了工作效率，焊缝不易产生缺陷。

上述埋弧焊线能量预控技术不适用于气保焊。这主要是因为埋弧焊与气保焊焊缝成形有较大差别，埋弧焊电流大，熔深大；而气保焊电流较小，熔深浅。埋弧焊与气保焊焊缝形貌有较大的差别。

本发明申请根据气保焊焊缝特点，经过多次焊接试验，开发了气保焊焊缝一次成形线能量预控技术，效果很好。

气保焊单侧焊缝一次成形效率虽然高，但易出现未填满或焊缝过高的问题，这些均是焊接缺陷。焊缝未填满时，焊缝有效承载截面不足，易导致失效。相反地，如果焊缝余高过大，则易在焊缝处产生较大的焊接应力及应力集中，也易产生焊件的失效或其它问题。而出现未填满或焊缝过高的原因是一次性焊接的线能量选择不合理。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足。现有技术一般为多道多层焊，效率低，焊道间易出现夹渣等缺陷，前道焊缝受后道焊缝的热循环影响而发生晶粒粗化及性能恶化；也有采用一次成形焊的，但没有计算焊接线能量的方法，只能靠多次试验确定，效率低。本技术建立了根据焊接坡口及期望的焊缝形状来确定焊接线能量的关系式，无需经焊接试验就能确定合理的线能量，对提高钢种的焊接应用效率有重要指导意义。

实现上述目的的措施：

一种气保焊线能量的确定方法，其步骤：

1）确定基准焊缝面积S_o及基准线能量E_o

将焊缝形状模型化：钢板表面下焊缝为三角形，余高焊缝近似为半椭圆，焊缝面积表示如下：

S=πc(a+btgα)/2+(b+d)(btgα+a)（1）

式中：

S—表示焊缝面积，单位为：mm²，

a—表示焊缝搭边量，单位：mm，

b—表示坡口深度，单位：mm，

c—表示焊缝余高，单位：mm，

d—表示焊缝熔深，单位：mm，

α—表示坡口角度在25°~35°时的弧度；

在本步骤中，通过上述公式（1），计算与试验结合确定基准焊缝面积S_o及基准线能量E_o；选用厚度为14.3mm、试板单面为V型坡口、坡口深度b=4.5mm、坡口角度30°时弧度α=0.52的试板进行气保焊试验，当线能量E_o=27kJ/cm时，焊缝成型为理想状；测得的焊缝尺寸为a=4.4mm、c=2.5mm，d=1.5mm，将各参数带入（1）式中计算出S_o=65.8mm²；

2）建立焊缝线能量与焊缝面积之间的关系式

经大量试验发现，在（1）式选定的条件下，存在如下关系式：