(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111702335 A(43)申请公布日 2020.09.25
(21)申请号 202010507084.3(22)申请日 2020.06.05
(71)申请人 成都先进金属材料产业技术研究院
有限公司
地址 610306 四川省成都市青白江区城厢
镇香岛大道1509号（铁路港大厦A区13楼A1301-1311、1319室）(72)发明人 王泽龙 唐新新 刘正林 郑帮智 (74)专利代理机构 北京润平知识产权代理有限
公司 11283
代理人 严政 刘依云(51)Int.Cl.
B23K 26/348(2014.01)B23K 26/60(2014.01)B23K 33/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图1页
B23K 35/38(2006.01)B23K 103/04(2006.01)
(54)发明名称
一种焊接304不锈钢板材的工艺方法(57)摘要
本发明涉及板材焊接的技术领域，公开了一种焊接304不锈钢板材的工艺方法，所述方法包括以下步骤：(1)将304不锈钢板材进行加工，得到具有Y字形坡口的304不锈钢板材；(2)将步骤(1)所得304不锈钢板材进行预处理，然后固定在通有保护气体的装置上；(3)调整激光器射出的激光与步骤(2)所得304不锈钢板材的夹角，使得夹角为70-90°；(4)依次进行打底焊接和盖面焊接。本发明方法简单易操作，生产效率高，通过激光参数与熔化极气体保护焊参数之间的耦合，减少了304不锈钢板材接头热输入，降低了焊缝热裂纹敏感性，大幅度降低了焊缝气孔率。CN 111702335 ACN 111702335 A
权 利 要 求 书
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1.一种焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将304不锈钢板材进行加工，得到具有Y字形坡口的304不锈钢板材；(2)将步骤(1)所得304不锈钢板材进行预处理，然后固定在通有保护气体的装置上；(3)调整激光器射出的激光与步骤(2)所得304不锈钢板材的夹角，使得夹角为70-90°；(4)依次进行打底焊接和盖面焊接。
2.根据权利要求1所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述Y字形坡口包括钝边和双斜面夹角；
优选地，所述Y字形坡口的钝边厚度为1-5mm，所述Y字形坡口的双斜面夹角为30-60°。3.根据权利要求1所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述预处理的步骤包括：使用试剂清除304不锈钢板材表面的油污，然后去除接头两侧的氧化膜。
4.根据权利要求1所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述打底焊接的具体步骤包括：设置打底焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，然后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。
5.根据权利要求4所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，所述打底焊接的激光参数为：激光功率为4000～6000W，离焦量为-2～+2mm；所述打底焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为0.5～2.5mm，焊接速度为30～40mm/s，送丝速度为5～15m/min，焊接电流为300～330A，焊接电压为20～30V。
6.根据权利要求1所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述盖面焊接的具体步骤包括：清理打底焊缝的金属粉尘，然后设置盖面焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，之后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。
7.根据权利要求6所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，所述盖面焊接的激光参数为：激光功率为700～900W，离焦量为-2～+2mm；所述盖面焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为0.5～2.5mm，焊接速度为10～20mm/s，送丝速度为5～15m/min，焊接电流为300～330A，焊接电压为20～30V。
8.根据权利要求4或6所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，在所述打底焊接或所述盖面焊接中，以所述焊缝正面或所述焊缝背面的保护气体的总重量为100％计，所述焊缝正面的保护气体含有96～99重量％Ar和1～4重量％CO2，所述焊缝正面的保护气体流量为10～20L/min；所述焊缝背面的保护气体含有100重量％Ar，所述焊缝背面的保护气体流量为2～10L/min。
9.根据权利要求1所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，其特征在于，所述打底焊接和所述盖面焊接使用的焊丝直径为1～1.5mm。
10.由权利要求1-9中任意一项所述方法焊接得到的304不锈钢焊接接头。
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说 明 书
一种焊接304不锈钢板材的工艺方法
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技术领域
[0001]本发明涉及板材焊接的技术领域，具体涉及一种焊接304不锈钢板材的工艺方法。背景技术
[0002]由于304不锈钢具有优良的耐腐蚀性能以及较好的强韧性，因此被广泛应用于建筑行业、汽车行业以及日常生活中。目前304不锈钢板材的焊接方法主要采用的是传统的熔化极气体保护焊，虽然焊缝内部质量可以得到保证，但是焊接接头存在热输入量大、焊接次数多、热影响区域大、热裂纹敏感性高和生产效率低等问题。采用具有高能量密度的激光电弧复合焊接方法可以获得热影响区域小、热输入量小以及生产效率高的304不锈钢焊接接头，但是采用激光电弧复合焊的方法极易在304不锈钢板材的焊缝产生气孔，使得304不锈钢焊接接头质量下降。[0003]因此，开展降低304不锈钢激光电弧复合焊焊缝气孔率的研究，实现高速、高效生产，最后获得高质量的焊接接头是十分有必要的。发明内容
[0004]本发明的目的是为了克服传统熔化极气体保护焊焊接304不锈钢存在焊接速度慢、接头热输入量大、生产效率低等问题，以及激光电弧复合焊极易在304不锈钢板材的焊缝产生气孔的问题，提供一种焊接304不锈钢板材的工艺方法。[0005]为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种焊接304不锈钢板材的工艺方法，所述方法包括以下步骤：[0006](1)将304不锈钢板材进行加工，得到具有Y字形坡口的304不锈钢板材；[0007](2)将步骤(1)所得304不锈钢板材进行预处理，然后固定在通有保护气体的装置上；[0008](3)调整激光器射出的激光与步骤(2)所得304不锈钢板材的夹角，使得夹角为70-90°；[0009](4)依次进行打底焊接和盖面焊接。[0010]优选地，在步骤(1)中，所述Y字形坡口包括钝边和双斜面夹角；更优选地，所述Y字形坡口的钝边厚度为1-5mm，所述Y字形坡口的双斜面夹角为30-60°。[0011]优选地，在步骤(2)中，所述预处理步骤包括：使用试剂清除304不锈钢板材表面的油污，然后去除接头两侧的氧化膜。[0012]优选地，在步骤(4)中，所述打底焊接的具体步骤包括：设置打底焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，然后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。
[0013]优选地，在步骤(4)中，所述打底焊接的激光参数为：激光功率为4000～6000W，离焦量为-2～+2mm；所述打底焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为0.5～2.5mm，焊接速度为30～40mm/s，送丝速度为5～15m/min，焊接电流为300～330A，焊接电压为20～30V。
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说 明 书
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优选地，在步骤(4)中，所述盖面焊接的具体步骤包括：清理打底焊缝的金属粉尘，
然后设置盖面焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，之后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。[0015]优选地，在步骤(4)中，所述盖面焊接的激光参数为：激光功率为700～900W，离焦量为-2～+2mm；所述盖面焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为0.5～2.5mm，焊接速度为10～20mm/s，送丝速度为5～15m/min，焊接电流为300～330A，焊接电压为20～30V。[0016]优选地，在所述打底焊接或所述盖面焊接中，以所述焊缝正面或所述焊缝背面的保护气体的总重量为100％计，所述焊缝正面的保护气体含有96～99重量％Ar和1～4重量％CO2，所述焊缝正面的保护气体流量为10～20L/min；所述焊缝背面的保护气体含有100重量％Ar，所述焊缝背面的保护气体流量为2～10L/min。[0017]优选地，所述打底焊接和所述盖面焊接使用的焊丝直径为1～1.5mm。[0018]本发明第二方面提供一种由上述方法焊接得到的304不锈钢焊接接头。[0019]本发明所述的激光电弧复合焊焊接304不锈钢板材的工艺方法，工序简单易操作，生产效率高，通过激光参数与熔化极气体保护焊参数之间的耦合，减少了接头热输入，降低了焊缝热裂纹敏感性，大幅度降低了焊缝气孔率。同时采用本发明方法焊接得到的304不锈钢焊接接头成形良好、近无缺陷。附图说明
[0020]图1是本发明实施例1-3提供的304不锈钢接头的坡口示意图；[0021]图2是本发明实施例1提供的304不锈钢焊接接头的X射线底片。
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0023]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。[0024]本发明提供一种焊接304不锈钢板材的工艺方法，所述方法包括以下步骤：[0025](1)将304不锈钢板材进行加工，得到具有Y字形坡口的304不锈钢板材；[0026](2)将步骤(1)所得304不锈钢板材进行预处理，然后固定在通有保护气体的装置上；[0027](3)调整激光器射出的激光与步骤(2)所得304不锈钢板材的夹角，使得夹角为70-90°；[0028](4)依次进行打底焊接和盖面焊接。[0029]在本发明所述的方法中，在步骤(1)中，对于所述Y字形坡口的加工方法没有特殊要求，可以为本领域的常规加工方法。在具体实施方式中，所述Y字形坡口的加工方法可以为激光切割方法。
[0030]在本发明所述的方法中，在步骤(1)中，所述Y字形坡口包括钝边和双斜面夹角；优
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选地，所述Y字形坡口的钝边厚度为1-5mm，所述Y字形坡口的双斜面夹角为30-60°。具体地，例如所述Y字形坡口的钝边厚度可以为1、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5mm。具体地，所述Y字形坡口的双斜面夹角可以为30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°(在图1中仅显示45°的双斜面夹角)。
[0031]在本发明所述的方法中，所述钝边是304不锈钢板材开坡口时，沿304不锈钢板材厚度方向未开坡口的端面部分。[0032]在本发明所述的方法中，在步骤(2)中，所述预处理步骤包括：使用试剂清除304不锈钢板材表面的油污，然后去除接头两侧25mm范围内的氧化膜。[0033]在本发明所述的方法中，对所述试剂的选择没有特殊要求，可以为本领域的常规选择，只要能清除304不锈钢板材表面的油污即可。在具体实施方式中，所述试剂可以为丙酮。
[0034]在本发明所述的方法中，对所述去除氧化膜的方法没有特殊要求，可以为本领域的常规方法，只要能露出金属光泽即可。在具体实施方式中，所述去除氧化膜的方法可以为机械打磨的方法。
[0035]在优选情况下，在步骤(3)中，所述激光器射出的激光与304不锈钢板材的夹角可以为70°、75°、80°、85°或90°。
[0036]在本发明所述的方法中，控制激光器倾斜方向与焊接方向一致，对于所述激光器没有特殊的限制，可以为本领域的常规选择。[0037]在本发明所述的方法中，在步骤(4)中，所述打底焊接具体步骤包括：设置打底焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，然后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。
[0038]在本发明所述的方法中，在步骤(4)中，所述打底焊接的激光参数为：激光功率为4000～6000W，离焦量为-2～+2mm；具体地，所述激光功率可以为4000W、4500W、5000W、5500W或6000W。具体地，所述离焦量可以为-2mm、-1mm、0mm、+1mm或+2mm。[0039]所述打底焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为0.5～2.5mm，焊接速度为30～40mm/s，送丝速度为5～15m/min，焊接电流为300～330A，焊接电压为20～30V；具体地，所述光丝间距可以为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm或2.5mm。具体地，所述焊接速度可以为30mm/s、32mm/s、34mm/s、36mm/s、38mm/s或40mm/s。具体地，所述送丝速度可以为5m/min、6m/min、7m/min、8m/min、9m/min、10m/min、11m/min、12m/min、13m/min、14m/min或15m/min。具体地，所述焊接电流可以为300A、305A、310A、315A、320A、325A或330A。具体地，所述焊接电压可以为20V、22V、24V、26V、28V或30V。[0040]在本发明所述的方法中，在步骤(4)中，所述盖面焊接具体步骤包括：清理打底焊缝的金属粉尘，然后设置盖面焊接的激光参数和熔化极气体保护焊参数，之后启动激光器进行焊接，同时向焊缝正面和焊缝背面吹保护气体。[0041]在本发明所述的方法中，对于所述清理打底焊缝的金属粉尘的方法没有特殊要求，只要是能将金属粉尘清理干净即可。在具体实施方式中，所述清理打底焊缝的金属粉尘使用的是钢丝刷。
[0042]在本发明所述的方法中，在步骤(4)中，所述盖面焊接的激光参数为：激光功率为700～900W，离焦量为-2～+2mm；具体地，所述激光功率可以为700W、750W、800W、850W或
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900W。具体地，所述离焦量可以为-2mm、-1mm、0mm、+1mm或+2mm。[0043]所述盖面焊接的熔化极气体保护焊参数为：光丝间距为0.5～2.5mm，焊接速度为10～20mm/s，送丝速度为5～15m/min，焊接电流为300～330A，焊接电压为20～30V；具体地，所述光丝间距可以为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm或2.5mm。具体地，所述焊接速度为10mm/s、12mm/s、14mm/s、16mm/s、18mm/s或20mm/s。具体地，所述送丝速度可以为5m/min、7m/min、11m/min、13m/min或15m/min。具体地，所述焊接电流可以为300A、305A、310A、315A、320A、325A或330A。具体地，所述焊接电压可以为20V、22V、24V、26V、28V或30V。[0044]在本发明所述的方法中，在所述打底焊接或所述盖面焊接中，以所述焊缝正面或所述焊缝背面的保护气体的总重量为100％计，所述焊缝正面的保护气体含有96～99重量％Ar和1～4重量％CO2，所述焊缝正面的保护气体流量为10～20L/min；具体地，所述焊缝正面的保护气体可以含有96重量％Ar和4重量％CO2、97重量％Ar和3重量％CO2、97.5重量％Ar和2.5重量％CO2、98重量％Ar和2重量％CO2或99重量％Ar和1重量％CO2。具体地，所述焊缝正面的保护气体流量可以为10L/min、12L/min、15L/min、18L/min或20L/min。所述焊缝背面的保护气体含有100重量％Ar，所述焊缝背面的保护气体流量为2～10L/min。具体地，所述焊缝背面的保护气体流量可以为2L/min、3L/min、5L/min、7L/min或10L/min。[0045]在本发明所述的方法中，所述打底焊接和所述盖面焊接使用的焊丝直径为1～1.5mm。具体地，所述焊丝直径可以为1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm或1.5mm。[0046]本发明第二方面提供一种由上述方法焊接得到的304不锈钢焊接接头。[0047]本发明所述的焊接304不锈钢板材的工艺方法，工序简单易操作，生产效率高，通过激光参数与熔化极气体保护焊参数之间的耦合，减少了接头热输入，降低了焊缝热裂纹敏感性，大幅度降低了焊缝气孔率。本发明方法既解决了传统熔化极气体保护焊焊接304不锈钢接头生产效率低、热输入高、晶粒粗大的问题，又解决了激光电弧复合焊焊接304不锈钢焊缝气孔率较高的问题。同时采用本发明方法焊接得到的304不锈钢焊接接头成形良好、近无缺陷。
[0048]以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。[0049]以下实施例中，熔化极气体保护焊所使用的焊丝牌号为ER304，焊丝直径为1.2mm。[0050]实施例1[0051](1)将厚度为10mm的304不锈钢板材进行激光切割，得到具有Y字形坡口的304不锈钢板材，所述Y字形坡口的钝边厚度为3mm，双斜面夹角为45°，如图1所示。然后用丙酮清除304不锈钢板材表面的油污，最后用机械打磨的方法将接头两侧25mm范围内氧化膜去除，直到露出金属光泽。[0052](2)将表面处理过后的304不锈钢板材固定在通有保护气体的装置上，并且调整激光器射出的激光与304不锈钢板材的夹角为80°，同时控制激光器倾斜方向与焊接方向一致。[0053](3)打底焊接：首先设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为5000W，离焦量为0mm，光丝间距为1.5mm，焊接速度为32mm/s，送丝速度为11m/min，焊接电流为315A，焊接电压为28V，然后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为97.5重量％Ar和2.5重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成打底焊接。
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(4)盖面焊接：首先用钢丝刷清理打底焊缝的金属粉末，然后设置激光参数和熔化
极气体保护焊参数，激光功率为800W，离焦量为0mm，光丝间距为1.5mm，焊接速度为16mm/s，送丝速度为11m/min，焊接电流为315A，焊接电压为28V，之后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为97.5重量％Ar和2.5重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成盖面焊接，得到304不锈钢焊接接头A1。[0055]实施例2[0056](1)将厚度为10mm的304不锈钢板材进行激光切割，得到具有Y字形坡口的304不锈钢板材，所述Y字形坡口的钝边厚度为3mm，双斜面夹角为45°，如图1所示。然后用丙酮清除304不锈钢板材表面的油污，最后用机械打磨的方法将接头两侧25mm范围内氧化膜去除，直到露出金属光泽。[0057](2)将表面处理过后的304不锈钢板材固定在背面通有保护气体的装置上，并且调整激光器射出的激光与304不锈钢板材的夹角为80°，同时控制激光器倾斜方向与焊接方向一致。[0058](3)打底焊接：首先设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为4000W，离焦量为0mm，光丝间距为1.5mm，焊接速度为30mm/s，送丝速度为5m/min，焊接电流为315A，焊接电压为28V，然后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为96重量％Ar和4重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成打底焊接。[0059](4)盖面焊接：首先用钢丝刷清理打底焊缝的金属粉末，然后设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为700W，离焦量为0mm，光丝间距为1.5mm，焊接速度为10mm/s，送丝速度为5m/min，焊接电流为315A，焊接电压为28V，之后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为96重量％Ar和4重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成盖面焊接，得到304不锈钢焊接接头A2。[0060]实施例3[0061](1)将厚度为10mm的304不锈钢板材进行激光切割，得到具有Y字形坡口的304不锈钢板材，所述Y字形坡口的钝边厚度为3mm，双斜面夹角为45°，如图1所示。然后用丙酮清除304不锈钢板材表面的油污，最后用机械打磨的方法将接头两侧25mm范围内氧化膜去除，直到露出金属光泽。[0062](2)将表面处理过后的304不锈钢板材固定在通有保护气体的装置上，并且调整激光器射出的激光与304不锈钢板材的夹角为80°，同时控制激光器倾斜方向与焊接方向一致。[0063](3)打底焊接：首先设置激光参数和熔化极气体保护焊参数，激光功率为6000W，离焦量为0mm，光丝间距为1.5mm，焊接速度为40mm/s，送丝速度为15m/min，焊接电流为315A，焊接电压为28V，然后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为99重量％Ar和1重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成打底焊接。[0064](4)盖面焊接：首先用钢丝刷清理打底焊缝的金属粉末，然后设置激光参数和熔化
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极气体保护焊参数，激光功率为900W，离焦量为0mm，光丝间距为1.5mm，焊接速度为20mm/s，送丝速度为15m/min，焊接电流为315A，焊接电压为28V，之后启动激光器，同时控制焊缝正面的保护气体为99重量％Ar和1重量％CO2并控制焊缝正面的保护气体流量为15L/min，控制焊缝背面的保护气体为100重量％Ar并控制焊缝背面的保护气体流量为5L/min，最后完成盖面焊接，得到304不锈钢焊接接头A3。[0065]对比例1
[0066]按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(3)和步骤(4)中，所述焊缝正面的保护气体为90重量％Ar和10重量％CO2。[0067]对比例2
[0068]按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，步骤(3)和步骤(4)均不采用激光，均只采用熔化极气体保护焊。[0069]对比例3
[0070]按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(3)和步骤(4)中，所述离焦量均为+3mm。[0071]对比例4
[0072]按照实施例1的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(2)中，调整激光器射出的激光与304不锈钢板材的夹角为60°。[0073]测试例1
[0074]将实施例1-3和对比例1-4的焊接接头按照国家标准GB/T3323-2005所述方法进行气孔率测试，测试结果如表1所示。[0075]测试例2
[0076]将实施例1-3和对比例1-4的焊接接头按照国家标准GB/T 6394-2017所述方法进行晶粒度测试及评级，测试结果如表1所示。[0077]表1
[0078]
实施例编号气孔率(％)晶粒度等级实施例10.27级实施例20.86级实施例30.76级对比例11.64级对比例22.23级对比例31.54级对比例41.75级
[0079]通过表1的结果可以看出，采用本发明方法焊接的304不锈钢板材的焊缝气孔率明显下降，均小于1％，同时晶粒度等级高且晶粒细小，其中实施例1的焊缝几乎无气孔缺陷，焊接接头质量高，如图2所示。
[0080]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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