本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种3-5mm不锈钢板单面焊双面自由成型焊接方法。
背景技术：
目前在制造行业，厚度为3-5mm的不锈钢板单面焊双面自由成型通常有两种常见的焊接方式，第一种方式首先采用氩弧焊焊接正面，然后翻转工件再焊接背面；第二种方式直接采用脉冲多重控制的mig焊(pmc)一次完成焊接。然而以上两种方式均存在一些问题。第一种方式中手工电弧焊的质量不稳定需要反复补焊，翻转工件操作增加了焊接工序，焊接装夹繁琐复杂导致生产效率低。此外，第一种方式在焊接过程中烟尘较大，对现场操作人员身体健康危害较大。第二种方式一方面需要定制专门的夹具因而成本较高，另一方面焊接热输入较大导致焊接变形严重。此外，第二种方式还存在飞溅较大、浪费焊材等问题。
中国专利cn104858557a公开了一种奥氏体不锈钢中厚板(9-13mm)的组合焊接方法，其与本申请方法相比存在以下显著差异：①本申请中不锈钢板厚度为3-5mm，而cn104858557a中不锈钢厚度为9-13mm，板厚不同导致所适用的焊接方法完全不同；②本申请中待焊工件无需开坡口，而cn104858557a中待焊件对接面需开设v形坡口，工艺更加复杂成本更高；③本申请采用cmtmix焊接工艺一次成型，而cn104858557a中需分步进行，具体来看先用脉冲等离子焊打底，再用脉动钨极氩弧焊盖面从而完成焊接，两者焊接工艺有着本质的区别，并不能相互借鉴。
综上可知，目前还没有发现一种焊接效果好、成本低、工艺简单的3-5mm不锈钢板单面焊双面自由成型焊接工艺，相关焊接设备及工艺的成功开发尤为紧迫且必要。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种3-5mm不锈钢板单面焊双面自由成型焊接方法，该方法具体如下：(a)对待焊工件(即3-5mm厚的不锈钢板)进行预处理；(b)对焊缝进行点焊；(c)通过压板和夹具将待焊工件固定在焊接工作台上，使焊缝位于焊接工作台的v型成型槽上方；(d)通过冷却水通道和保护气通道分别将冷却水和保护气输送至焊接工作台内部，对待焊工件进行焊接。
进一步的，步骤(a)所述预处理包括对待焊工件的待焊端面进行铣平、高压气体吹扫、有机溶剂清洗擦拭等，以便尽可能去除焊缝及其周围15mm内的杂质和油污。预处理完成后，两块待焊接的不锈钢薄板焊接端面平行，无毛刺。
进一步的，步骤(b)中采用手工mig焊(熔化极惰性气体保护焊)对待焊工件沿焊缝进行点焊，点焊电流(130-160)a，电弧电压(15-20.5)v，氩气流量(8-10)l/min，对接间隙控制在(0.5-1)mm之间。
进一步的，步骤(c)中压板的长度l1比焊缝的长度l2大5mm左右，压板的宽度d＝25mm，压板的厚度δ＝1mm。左右两块压板靠近焊缝的端面与焊缝中心的距离均为13mm左右，夹具的装夹点位于压板的几何中心，装夹力度适中。压板一方面可以避免夹具对待焊工件表面造成损害，另一方面还能使夹具的装夹力在待焊工件表面均匀的拓展开，有效抑制焊接变形。
进一步的，步骤(d)中冷却水通道和保护气通道的数量分别为至少2个和至少1个。贯通焊接工作台两端的进水孔和出水孔形成了冷却水通道，焊接工作台成型槽两端的进气孔和出气孔形成了保护气通道。
进一步的，冷却水通道的半径r＝5mm，冷却水通道的长度比焊缝长度l2大10mm左右，冷却水流量为(6-8)l/min。
进一步的，步骤(d)中采用的焊接工艺为cmtmix(即cmt+pmc)。
进一步的，步骤(d)中焊丝型号为φ1.2，送丝速度为(5.7-6.7)m/min，焊接速度为(390-460)mm/min，pmcmix高电流时间修正-2±2，弧长修正系数为2％-4％，低能量周期5-10，低能量时间(1-4)ms。正面保护气体按照体积百分比计的组成为96％ar+4％co2，其流量为20-24l/min；背面保护气体为纯ar，其流量为1.5-2.5l/min。
本发明提供的焊接工艺具有以下特点：①采用背面水冷，最大程度的降低了待焊工件的焊接变形；②综合了cmt焊焊接变形小和pmc焊熔深稳定的焊接优势；③基于cmtmix焊接工艺确保了焊缝单面焊一次双面自由成型，极大的提高了焊接效率；④精确的热输入缩小了焊接热影响区，减少了焊接飞溅，改善了焊缝质量。除此之外，本发明方法还具有以下有益效果：焊前准备采用人工方式，操作简单、劳动强度低，焊缝焊接采用机器人焊接，自动化程度高；在传统只有背面保护的基础上，增加了焊接循环水冷，使得焊接变形更小。
附图说明
图1为本发明焊接装夹示意图；
图2为本发明实施例1中未通冷却水条件下焊接后的实物照片；
图3为本发明实施例1中通冷却水条件下焊接后的实物照片；
图4为本发明实施例1中未通冷却水条件下焊缝熔合线附近焊接热影响区的金相组织图(×50)；
图5为本发明实施例1中通冷却水条件下焊缝熔合线附近焊接热影响区的金相组织图(×50)。
其中，1、焊接工作台，2、背托，3、进气孔，4、进水口，5、出水口，6、出气孔，7、夹具，8、v型自由成型槽，9、压板，10、待焊工件。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
实施例1
待焊工件为两块304不锈钢，母材厚度为3mm，其单面焊双面自由成型焊接工艺具体如下：
第一步：用数控铣床将待焊工件的待焊面铣平，确保端面平行，然后用气枪吹走加工面的毛刺，再用棉球蘸取适量丙酮溶剂进行擦拭，以便去除焊缝周围15mm范围内的杂质和油污。
第二步：采用手工mig焊对待焊工件进行点焊，点焊电流140a，电弧电压18v，氩气流量8l/min，对接间隙0.5mm。
第三步：点焊完成后，将待焊工件放置在焊接工作台上，再在工件上放上适当尺寸的压板(长155mm宽25mm厚1mm)，两块压板靠近焊缝的端面与焊缝中心的距离均为13mm。用焊装夹具固定好压板，装夹点位于压板的几何中心，装夹力度适中。
第四步：采用
实施例2
待焊工件为两块304不锈钢，母材厚度为5mm，其单面焊双面自由成型焊接工艺具体如下：
第一步：用数控铣床将待焊工件的待焊面铣平，确保端面平行，然后用气枪吹走加工面的毛刺，再用棉球蘸取适量丙酮溶剂进行擦拭，以便去除焊缝周围15mm内的杂质和油污。
第二步：采用手工mig焊对待焊工件进行点焊，点焊电流157a，电弧电压20.1v，氩气流量10l/min，对接间隙1mm。
第三步：点焊完成后，将待焊工件放置在焊接工作台上，再在工件上放置适当尺寸的压板(长155mm宽25mm厚1mm)，两块压板靠近焊缝的端面与焊缝中心的距离均为13mm。用焊装夹具固定好压板，装夹点位于压板的几何中心，装夹力度适中。
第四步：采用
实施例1和2具体焊接工艺参数如表1所示。
表1各实施例焊接试验参数表
实施例1焊接所得工件实物照片分别如图2-3所示，其中图2焊接时未通冷却水，图3焊接时通冷却水。由图可知两种条件下焊缝成型均良好，未通冷却水时焊缝成型虽然良好，但是背部氧化区宽度更大，外观发黄甚至变红，并且焊接变形更大。
实施例1焊接所得工件焊缝处的金相组织图(×50)如图4-5所示，其中图4焊接时未通冷却水，图5焊接时通冷却水。由图可知两种条件下焊缝均熔合，且焊缝为细小的等轴晶，热影响区为层状铁素体组织，但是未通冷却水的热影响区层状铁素体组织晶粒更加粗大，分布宽度更广。
实施例1-2所得工件焊接接头性能参数如表2所示。
表2各实施例焊接接头性能表