一种多层多道焊的随焊锤击方法

摘要

一种多层多道焊的随焊锤击方法，它涉及一种随焊锤击方法。本发明的目的是为了解决目前多层多道焊接的热影响区晶粒粗化严重，从而会严重降低焊接接头的力学性能的技术问题。本发明的方法：一、确定多层多道焊接的层数和道数；二、确定锤子和焊枪的距离，用随焊锤击方法进行第一道焊缝的焊接，锤子要一直锤击第一道焊缝的所有熔合线和全部热影响区至第一道焊缝的焊接完成为止；三、确定锤子和焊枪的距离以及确定待焊接的焊缝中心与相邻焊缝中心的距离，用随焊锤击方法进行焊缝的焊接；四、重复步骤三至整个待焊件坡口的焊接完成为止。本发明主要应用于多层多道焊接领域中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种随焊锤击方法。

背景技术

随焊锤击法作为一种控制焊接残余应力、降低焊接变形的方法，能够随焊控制薄壁结 构焊接应力变形并且防止热裂纹和冷裂纹的产生，改善焊接接头的组织，提高其静态和动 态力学性能。该方法主要是通过一个冲击头高速锤击焊缝和热影响区，使残余拉应力的部 位发生塑性延展从而达到消除焊接残余应力、控制失稳变形的目的。随焊锤击法设备简单 轻便，焊缝质量好，成本低，效率高，具有很广泛的应用前景。

焊接的热影响区晶粒粗化会严重降低焊接接头的力学性能，如强度和断裂韧性等，尤 其在多层多道焊接中，强度及断裂韧性最低的部位均出现在反复加热的热影响区粗晶区。 大量研究表明，细化热影响区晶粒是增大焊接接头力学性能的重要方式之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前多层多道焊接的热影响区晶粒粗化严重，从而会严重降 低焊接接头的力学性能的技术问题，从而提供一种多层多道焊的随焊锤击方法。

本发明的一种多层多道焊的随焊锤击方法是按以下步骤进行的：

一、确定焊接的层数和焊接的道数；

二、进行第一道焊缝的焊接：根据第一道焊缝在焊接过程中锤子锤击的第一道焊缝熔 合线和全部热影响区的区域温度为0.2倍～0.8倍的母材熔点来确定第一道焊缝在焊接过程 中锤子与焊枪之间的距离d₁，将锤子安装在焊枪后面距离为d₁处，然后用安装好的焊枪 和锤子采用随焊锤击方法进行第一道焊缝的焊接，锤子要一直锤击第一道焊缝的所有熔合 线和全部热影响区至第一道焊缝的焊接完成为止；

三、进行第N道焊缝的焊接：

（1）、第N道焊缝有熔合线的情况：根据第N道焊缝在焊接过程中锤子锤击的第N 道焊缝熔合线和全部热影响区的区域温度为0.2倍～0.8倍的母材熔点来确定第N道焊缝 在焊接过程中锤子与焊枪之间的距离为d_n，将锤子安装在焊枪后面距离为d_n处；根据第 N道焊缝在焊接过程中与第N道焊缝相邻的所有焊缝的熔合线的峰值温度为0.5倍～0.8 倍的母材熔点来确定第N道焊缝中心分别与第N道焊缝相邻的所有焊缝中心的距离，然 后用安装好的焊枪和锤子采用随焊锤击方法进行第N道焊缝的焊接，锤子要一直锤击第 N道焊缝的所有熔合线和全部热影响区至第N道焊缝的焊接完成为止；

（2）、第N道焊缝没有熔合线的情况：在焊接第N道焊缝时不用锤子锤击；

①在第N道焊缝所在层中与第N道焊缝相邻的焊缝中有熔合线的情况：第N道焊缝 所在层中与第N道焊缝相邻的所有焊缝中有熔合线的焊缝为焊缝I或焊缝I和II，根据第 N道焊缝在焊接过程中焊缝I或焊缝I和II的熔合线的峰值温度为0.5倍～0.8倍的母材熔 点来确定第N道焊缝中心与焊缝I或分别与焊缝I和II中心的距离，然后用焊枪进行第N 道焊缝的焊接；

②在第N道焊缝所在层中与第N道焊缝相邻的焊缝中没有熔合线的情况：用焊枪将 第N道焊缝焊接在上一道焊缝相邻的位置即可。

四、重复步骤三至整个待焊件坡口的焊接完成为止；

步骤三中所述的N为大于1的整数；每层焊缝焊接时都要先进行最两边焊缝的焊接， 然后从最两边依次向中间进行焊接，每层焊接完成后才能进行下一层的焊接。

熔合线是焊缝金属与母材的分界线。

本发明的原理：焊接热影响区晶粒粗化的基本原因是焊接温度场导致近缝区晶粒急剧 长大，随焊锤击法可以在第一道焊接过程中使热影响区产生大量塑性变形，随后的焊接道 次的温度场可以使变形的热影响区发生再结晶。本发明的参数主要考虑锤子与焊枪之间的 距离以及后一道焊缝与前一道焊缝之间的距离，锤子距离焊枪过近，会影响电弧稳定性； 反之，则被锤击部位温度降低，屈服强度升高，锤击产生的塑性变形量太小；两道焊缝之 间距离过近，后一道焊缝的温度场会使已经发生塑性变形的部位迅速完成再结晶及晶粒长 大过程，晶粒细化效果不明显；反之，则后一道焊缝在锤击部位的温度较低，再结晶不能 完全进行。本发明基于此原理采取合适的焊接操作参数降低再结晶后的晶粒急剧长大，可 达到细化热影响区晶粒的目的。

本发明的优点：

1、本发明的方法将随焊锤击工艺应用于多层多道焊中，可以使得热影响区晶粒细化 50%，对于提高焊接接头的力学性能具有明显的效果；

2、本发明的方法设备简单轻便，成本低，可以通过调节锤击功率以及锤子与焊枪之 间的距离两种方式改变调节塑性变形量，达到最优化工艺参数。

附图说明

图1是采用与试验一相同的母材进行多层多道焊的TIG焊接方法后的热影响区显微 照片；

图2是试验一中所用的母材不锈钢未焊接时的显微照片；

图3是试验一采用多层多道焊的随焊锤击方法后热影响区的显微照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中一种多层多道焊的随焊锤击方法是按以下步骤进行 的：

一、确定焊接的层数和焊接的道数；

二、进行第一道焊缝的焊接：根据第一道焊缝在焊接过程中锤子锤击的第一道焊缝熔 合线和全部热影响区的区域温度为0.2倍～0.8倍的母材熔点来确定第一道焊缝在焊接过程 中锤子与焊枪之间的距离d₁，将锤子安装在焊枪后面距离为d₁处，然后用安装好的焊枪 和锤子采用随焊锤击方法进行第一道焊缝的焊接，锤子要一直锤击第一道焊缝的所有熔合 线和全部热影响区至第一道焊缝的焊接完成为止；

三、进行第N道焊缝的焊接：

（1）、第N道焊缝有熔合线的情况：根据第N道焊缝在焊接过程中锤子锤击的第N 道焊缝熔合线和全部热影响区的区域温度为0.2倍～0.8倍的母材熔点来确定第N道焊缝 在焊接过程中锤子与焊枪之间的距离为d_n，将锤子安装在焊枪后面距离为d_n处；根据第 N道焊缝在焊接过程中与第N道焊缝相邻的所有焊缝的熔合线的峰值温度为0.5倍～0.8 倍的母材熔点来确定第N道焊缝中心分别与第N道焊缝相邻的所有焊缝中心的距离，然 后用安装好的焊枪和锤子采用随焊锤击方法进行第N道焊缝的焊接，锤子要一直锤击第 N道焊缝的所有熔合线和全部热影响区至第N道焊缝的焊接完成为止；

（2）、第N道焊缝没有熔合线的情况：在焊接第N道焊缝时不用锤子锤击；

①在第N道焊缝所在层中与第N道焊缝相邻的焊缝中有熔合线的情况：第N道焊缝 所在层中与第N道焊缝相邻的所有焊缝中有熔合线的焊缝为焊缝I或焊缝I和II，根据第 N道焊缝在焊接过程中焊缝I或焊缝I和II的熔合线的峰值温度为0.5倍～0.8倍的母材熔 点来确定第N道焊缝中心与焊缝I或分别与焊缝I和II中心的距离，然后用焊枪进行第N 道焊缝的焊接；

②在第N道焊缝所在层中与第N道焊缝相邻的焊缝中没有熔合线的情况：用焊枪将 第N道焊缝焊接在上一道焊缝相邻的位置即可。

四、重复步骤三至整个待焊件坡口的焊接完成为止；

步骤三中所述的N为大于1的整数；每层焊缝焊接时都要先进行最两边焊缝的焊接， 然后从最两边依次向中间进行焊接，每层焊接完成后才能进行下一层的焊接。

本实施方式的优点：

1、本实施方式的方法将随焊锤击工艺应用于多层多道焊中，可以使得热影响区晶粒 细化50%，对于提高焊接接头的力学性能具有明显的效果；

2、本实施方式的方法设备简单轻便，成本低，可以通过调节锤击功率以及锤子与焊 枪之间的距离两种方式改变调节塑性变形量，达到最优化工艺参数。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所有步骤中所述的锤子的 额定功率大于200W。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤二中根据第 一道焊缝在焊接过程中锤子锤击的第一道焊缝熔合线和全部热影响区的区域温度为0.4倍 ～0.6倍的母材熔点来确定第一道焊缝在焊接过程中锤子与焊枪之间的距离d₁，将锤子安 装在焊枪后面距离为d₁处。其他与具体实施方式一或二之一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三（1）中 根据第N道焊缝在焊接过程中与第N道焊缝相邻的所有焊缝的熔合线的峰值温度为0.6 倍～0.7倍的母材熔点来确定第N道焊缝中心分别与第N道焊缝相邻的所有焊缝中心的距 离。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤一中所述的步骤一中 所述的待焊工件为两块相同材质的母材。其他与具体实施方式一至四之一相同。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：本试验的多层多道焊的随焊锤击方法是按以下步骤进行的：

一、根据待焊工件的尺寸和待焊工件的坡口形式确定焊接的层数为1层和焊接的道数 为2道；

二、进行第一道焊缝的焊接：根据第一道焊缝在焊接过程中锤子锤击的第一道焊缝熔 合线和全部热影响区的区域温度为0.6倍的母材熔点来确定第一道焊缝在焊接过程中锤子 与焊枪之间的距离35mm，将锤子安装在焊枪后面距离为35mm处，然后用安装好的焊枪 和锤子采用随焊锤击方法进行第一道焊缝的焊接，锤子要一直锤击第一道焊缝的所有熔合 线和全部热影响区至第一道焊缝的焊接完成为止；

三、进行第二道焊缝的焊接：

本试验中第二道焊缝是有熔合线的：根据第二道焊缝在焊接过程中锤子锤击的第二道 焊缝熔合线和全部热影响区的区域温度为0.6倍的母材熔点来确定第二道焊缝在焊接过程 中锤子与焊枪之间的距离为35mm，将锤子安装在焊枪后面距离为35mm处；根据第二道 焊缝在焊接过程中与第二道焊缝相邻的第一道焊缝的熔合线的峰值温度为0.6倍的母材熔 点来确定第二道焊缝中心与第二道焊缝相邻的第一道焊缝中心的距离为12mm，然后用安 装好的焊枪和锤子采用随焊锤击方法进行第二道焊缝的焊接，锤子要一直锤击第二道焊缝 的所有熔合线和全部热影响区至第二道焊缝的焊接完成为止；本试验的母材坡口也完全焊 接结束。

本试验中所述的锤子的额定功率为200W。

本试验中步骤一中所述的待焊工件为两块不锈钢。

图1是采用与本试验相同的母材进行多层多道焊的TIG焊接方法后的热影响区的显 微照片，图2是本试验中所用的母材不锈钢未焊接时的显微照片，图3是本试验采用多层 多道焊的随焊锤击方法后热影响区的显微照片，从图中可以看出多层多道焊的TIG焊接 后的热影响区的晶粒平均尺寸约为80μm，采用本试验的多层多道焊的随焊锤击方法后的 热影响区晶粒尺寸与本试验中所用的母材不锈钢未焊接时的几乎一样，平均值为40μm， 从而可以看出本试验的多层多道焊的随焊锤击方法比多层多道焊的其他常规方法焊接后 的热影响区的晶粒要小50%，从而可以提高焊接接头的力学性能。

对图1、图2和图3中的材料进行维氏硬度分析检测，做维氏硬度测试的时候压头的 载荷是0.2kg，结果显示图1中的材料的维氏硬度为25Hv0.2，图2中的材料的维氏硬度 为70Hv0.2，图3中的材料的维氏硬度为70Hv0.2，因为硬度越大，晶粒越小，所以本试 验的多层多道焊的随焊锤击方法比多层多道焊的其他常规方法焊接后的热影响区的晶粒 要小，从而可以提高焊接接头的力学性能。