CN108856992A - 一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接方法 - Google Patents

一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接方法 Download PDF

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伍道亮
刘建成
陈淑梅
周文
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Abstract

本发明公开了一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接方法，工艺步骤为：步骤S1、采用X型坡口；步骤S2、采用大热输入埋弧焊专用烧结焊剂，并进行烘焙；步骤S3、预热100~150℃，层温100~200℃；步骤S4、正面焊接，打底热输入小于80KJ/cm，填充、盖面焊接热输入为80~120KJ/cm；步骤S5、反面不需气刨，采用大电流直接焊透，热输入为100~150KJ/cm；步骤S6、焊后缓冷，本方法采用80‑150KJ/cm大热输入焊接方法，焊接效率高，焊接变形小，焊缝无缺陷，焊接接头具有优良的机械性能，特别是低温冲击韧性较好，‑40℃低温冲击功大于100J。

Description

一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接方法
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接方法。
背景技术
随着航运水平的发展，船舶大型化的趋势日益明显，而随着船舶的大型化发展，船上的大厚钢板的比重也越来越大，最新代40万吨矿砂船的甲板为49mmEH36厚板，如采用普通焊接工艺进行焊接，势必面临着效率低下，工作强度大等问题，目前国内关于40mm以上厚板的高效焊接主要为双丝气体保护焊以及小热输入双丝埋弧焊，以上两种焊接工艺的热输入一般小于80KJ/cm，虽然能一定程度提高焊接效率，但仍然不能满足高效生产的需求。
而大热输入双丝埋弧焊的应用受到限制，主要原因在于，焊接时容易出现以下问题：焊接热循环过程更复杂，容易产生冷裂纹、热裂纹等缺陷；焊接接头晶粒粗大，冲击韧性差；厚板的焊接变形较难控制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接工艺，本焊接工艺采用80-150KJ/cm大热输入焊接方法，所得到的焊缝无焊接缺陷，焊接接头性能好，且焊接变形得到了有效控制，通过此工艺焊接50mm厚板，正面3道反面2道即可，焊接效率是普通单丝埋弧焊的5倍以上，是小热输入双丝埋弧焊的2倍以上。
本发明采用的技术方案：一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接工艺，主要针对40mm以上厚板焊接，包括以下步骤：
步骤S1、接头准备，采用X型坡口，正面坡口角度为45~60°，坡口深度为反面坡口角度为75~90°，留钝边10~14mm；
步骤S2、焊剂烘焙，采用大热输入埋弧焊专用烧结焊剂，焊剂烘焙350~400℃，烘焙时间为2~4h；
步骤S3、预热，焊前将钢板预热至100~150℃，层间温度控制在100~200℃；
步骤S4、正面焊接，正面打底焊接，前丝电流700~900A，电压28~32V，后丝电流600~800A，电压36~40V，焊接速度500~800mm/min；填充、盖面焊接，前丝900~1200A，电压28~34V，后丝电流700~900A，电压38~44V，焊接速度400~600mm/min；
步骤S5、反面焊接，翻身后不需气刨清根，采用大电流直接焊透；反面前丝1000~1300A，电压34~38V，后丝电流900~1100A，电压40~46V，焊接速度400~600mm/min；
步骤S6、焊后缓冷，焊接完毕后立即覆盖保温棉，保温缓冷，焊缝区域冷却速度不低于100℃/h；
所述大热输入埋弧焊专用烧结焊剂包括矿物干粉组成及粘结剂，矿物干粉组成中各组分的重量百分比为：电熔镁砂，30-40%；萤石，15~25%；刚玉，20~30%；硅灰石，10~20%；钛铁，1~3%；氟化稀土，1~3%；合金剂，0~3%；粘结剂水玻璃的重量占矿物干粉总重量的20~30%；所述水玻璃为20℃时模数M＝2.8~3.0，浓度40~42°Be的钠水玻璃；所述合金剂中，Si与Mn的质量比例为1:2 - 1:3；所述矿物干粉中，萤石与硅灰石的比例控制在2.5:1 - 1.5:1。
作为优选，步骤S4及步骤S5中，所述前丝与后丝的间距为25~35mm，前丝与钢板的角度为90°，后丝与钢板的角度为70~80°，在焊接过程中回收的旧焊剂中需加入50%以上比例的新焊剂进行混合。
作为优选，在焊接过程中回收的旧焊剂中需加入50%以上比例的新焊剂进行混合。
本发明涉及的一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接工艺，有益效果如下：1、优化坡口形式。正面坡口角度为45~60°，小于45°则脱渣较难，焊缝中易出现夹渣缺陷；大于60°则坡口填充量太大，影响焊接效率，反面坡口角度为75~90°，小于75°则焊丝端部无法接触坡口根部，影响熔深，无法将钝边有效熔透；大于90°则坡口开口过大，焊接道数增加，留钝边10~14mm，可保证在反面不气刨的情况下，有效熔透，且提高焊接效率；2、焊剂烘焙，由于所用的大热输入埋弧焊专用烧结焊剂烧结温度较低，为700~720℃，焊剂中容易吸附空气中的水分，为保证焊前将焊剂中吸附的水分有效去除，因此将焊剂烘焙温度提高，烘焙时间增加，焊剂烘焙350~400℃，烘焙时间为2~4h；3、预热，对于大于40mm厚板的大热输入焊接，预热温度低于100℃时，不能起到有效的脱氢以及改善组织的作用，容易出现焊接冷裂纹；当预热温度高于150℃时，由于局部加热所产生的附加热应力，反而会促使冷裂纹的产生；4、正反面焊接，正面打底焊时，焊接热输入控制在80KJ/cm以下，主要是为了防止打底焊道焊穿，正面填充、盖面焊接的热输入控制在80~120KJ/cm，当小于80KJ/cm时，焊接效率较低；当大于120KJ/cm时，小坡口内焊接的脱渣性及焊缝成形较差，反面填充、盖面的热输入控制在100~150KJ/cm，此时焊接电流最大达1300A，已接近埋弧焊稳定焊接的极限值；5、反面焊接不需气刨清根，因为坡口反面坡口较大，焊丝端部可与坡口根部直接接触，采用大电流可产生较大的熔深，直接熔透10~14mm钝边形成无缺陷的焊接接头，因为省去了气刨的工序，大大提高了焊接效率；6、焊接过程中前丝与后丝的间距为25~35mm，小于25mm时两根焊丝的电弧会产生干扰，大于35mm时不能稳定的共用一个熔池，由于大热输入焊接过程中，焊缝中的合金元素烧损比较严重，因此在焊接过程中回收的旧焊剂中需加入50%以上比例的新焊剂进行混合，有效的补充合金元素的烧损。
本发明采用80-150KJ/cm大热输入焊接方法，所得到的焊缝无裂纹、气孔等焊接缺陷，焊接变形小，焊接接头具有优良的机械性能，特别是低温冲击韧性较好，-40℃低温冲击功大于100J，而且本大热输入焊接工艺焊接效率高，通过此工艺焊接50mm厚板，正面3道反面2道即可，焊接效率是普通单丝埋弧焊的5倍以上，是小热输入双丝埋弧焊的2倍以上。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是本发明焊接接头的坡口形状。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，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，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照图1至图2描述的本发明实施例的一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接工艺，主要针对40mm以上厚板焊接，包括以下步骤：
步骤S1、接头准备，采用X型坡口，正面坡口角度为45~60°，坡口深度为反面坡口角度为75~90°，留钝边10~14mm；
步骤S2、焊剂烘焙，采用大热输入埋弧焊专用烧结焊剂，焊剂烘焙350~400℃，烘焙时间为2~4h；
步骤S3、预热，焊前将钢板预热至100~150℃，层间温度控制在100~200℃；
步骤S4、正面焊接，正面打底焊接，前丝电流700~900A，电压28~32V，后丝电流600~800A，电压36~40V，焊接速度500~800mm/min；填充、盖面焊接，前丝900~1200A，电压28~34V，后丝电流700~900A，电压38~44V，焊接速度400~600mm/min；
步骤S5、反面焊接，翻身后不需气刨清根，采用大电流直接焊透；反面前丝1000~1300A，电压34~38V，后丝电流900~1100A，电压40~46V，焊接速度400~600mm/min；
步骤S6、焊后缓冷，焊接完毕后立即覆盖保温棉，保温缓冷，焊缝区域冷却速度不低于100℃/h；
所述大热输入埋弧焊专用烧结焊剂包括矿物干粉组成及粘结剂，矿物干粉组成中各组分的重量百分比为：电熔镁砂，30-40%；萤石，15~25%；刚玉，20~30%；硅灰石，10~20%；钛铁，1~3%；氟化稀土，1~3%；合金剂，0~3%；粘结剂水玻璃的重量占矿物干粉总重量的20~30%；所述水玻璃为20℃时模数M＝2.8~3.0，浓度40~42°Be的钠水玻璃；所述合金剂中，Si与Mn的质量比例为1:2 - 1:3；所述矿物干粉中，萤石与硅灰石的比例控制在2.5:1 - 1.5:1。
作为优选，步骤S4及步骤S5中，所述前丝与后丝的间距为25~35mm，前丝与钢板的角度为90°，后丝与钢板的角度为70~80°，在焊接过程中回收的旧焊剂中需加入50%以上比例的新焊剂进行混合。
作为优选，在焊接过程中回收的旧焊剂中需加入50%以上比例的新焊剂进行混合。
本发明涉及的一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接工艺，有益效果如下：1、优化坡口形式。正面坡口角度为45~60°，小于45°则脱渣较难，焊缝中易出现夹渣缺陷；大于60°则坡口填充量太大，影响焊接效率，反面坡口角度为75~90°，小于75°则焊丝端部无法接触坡口根部，影响熔深，无法将钝边有效熔透；大于90°则坡口开口过大，焊接道数增加，留钝边10~14mm，可保证在反面不气刨的情况下，有效熔透，且提高焊接效率；2、焊剂烘焙，由于所用的大热输入埋弧焊专用烧结焊剂烧结温度较低，为700~720℃，焊剂中容易吸附空气中的水分，为保证焊前将焊剂中吸附的水分有效去除，因此将焊剂烘焙温度提高，烘焙时间增加，焊剂烘焙350~400℃，烘焙时间为2~4h；3、预热，对于大于40mm厚板的大热输入焊接，预热温度低于100℃时，不能起到有效的脱氢以及改善组织的作用，容易出现焊接冷裂纹；当预热温度高于150℃时，由于局部加热所产生的附加热应力，反而会促使冷裂纹的产生；4、正反面焊接，正面打底焊时，焊接热输入控制在80KJ/cm以下，主要是为了防止打底焊道焊穿，正面填充、盖面焊接的热输入控制在80~120KJ/cm，当小于80KJ/cm时，焊接效率较低；当大于120KJ/cm时，小坡口内焊接的脱渣性及焊缝成形较差，反面填充、盖面的热输入控制在100~150KJ/cm，此时焊接电流最大达1300A，已接近埋弧焊稳定焊接的极限值；5、反面焊接不需气刨清根，因为坡口反面坡口较大，焊丝端部可与坡口根部直接接触，采用大电流可产生较大的熔深，直接熔透10~14mm钝边形成无缺陷的焊接接头，因为省去了气刨的工序，大大提高了焊接效率；6、焊接过程中前丝与后丝的间距为25~35mm，小于25mm时两根焊丝的电弧会产生干扰，大于35mm时不能稳定的共用一个熔池，由于大热输入焊接过程中，焊缝中的合金元素烧损比较严重，因此在焊接过程中回收的旧焊剂中需加入50%以上比例的新焊剂进行混合，有效的补充合金元素的烧损。
本发明采用80-150KJ/cm大热输入焊接方法，所得到的焊缝无裂纹、气孔等焊接缺陷，焊接变形小，焊接接头具有优良的机械性能，特别是低温冲击韧性较好，-40℃低温冲击功大于100J，而且本大热输入焊接工艺焊接效率高，通过此工艺焊接50mm厚板，正面3道反面2道即可，焊接效率是普通单丝埋弧焊的5倍以上，是小热输入双丝埋弧焊的2倍以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、接头准备，采用X型坡口，正面坡口角度为45~60°，坡口深度为反面坡口角度为75~90°，留钝边10~14mm；
步骤S2、焊剂烘焙，采用大热输入埋弧焊专用烧结焊剂，焊剂烘焙350~400℃，烘焙时间为2~4h；
步骤S3、预热，焊前将钢板预热至100~150℃，层间温度控制在100~200℃；
步骤S4、正面焊接，正面打底焊接，前丝电流700~900A，电压28~32V，后丝电流600~800A，电压36~40V，焊接速度500~800mm/min；填充、盖面焊接，前丝900~1200A，电压28~34V，后丝电流700~900A，电压38~44V，焊接速度400~600mm/min；
步骤S5、反面焊接，翻身后不需气刨清根，采用大电流直接焊透；反面前丝1000~1300A，电压34~38V，后丝电流900~1100A，电压40~46V，焊接速度400~600mm/min；
步骤S6、焊后缓冷，焊接完毕后立即覆盖保温棉，保温缓冷，焊缝区域冷却速度不低于100℃/h；
所述大热输入埋弧焊专用烧结焊剂包括矿物干粉组成及粘结剂，矿物干粉组成中各组分的重量百分比为：电熔镁砂，30-40%；萤石，15~25%；刚玉，20~30%；硅灰石，10~20%；钛铁，1~3%；氟化稀土，1~3%；合金剂，0~3%；粘结剂水玻璃的重量占矿物干粉总重量的20~30%；所述水玻璃为20℃时模数M＝2.8~3.0，浓度40~42°Be的钠水玻璃；所述合金剂中，Si与Mn的质量比例为1:2 - 1:3；所述矿物干粉中，萤石与硅灰石的比例控制在2.5:1 - 1.5:1。
2.根据权利要求1所述的一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接方法，其特征在于：步骤S4及步骤S5中，所述前丝与后丝的间距为25~35mm，前丝与钢板的角度为90°，后丝与钢板的角度为70~80°，在焊接过程中回收的旧焊剂中需加入50%以上比例的新焊剂进行混合。
3.根据权利要求1所述的一种大热输入双丝埋弧焊高效焊接方法，其特征在于：在焊接过程中回收的旧焊剂中需加入50%以上比例的新焊剂进行混合。
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