CN101391338A - 一种低合金钢筒体对接环缝热丝tig多层多道焊接方法 - Google Patents
一种低合金钢筒体对接环缝热丝tig多层多道焊接方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,涉及一种低合金筒体对接环缝焊接方法。它解决了现有低合金钢筒体对接环缝焊接存在的,采用冷丝TIG填充焊熔敷效率低而导致的产品合格率低、加工周期长的问题。它的焊接过程为:一、加工筒件待焊接端面的坡口;二、对U型坡口进行焊接:对两个待焊接的筒件进行预焊和预热:打底焊;多层多道填充焊;多层多道盖面焊:三、后热除氢;四、去应力退火;五、调质处理、淬火。采用本发明的方法进行筒体对接焊,焊丝的熔敷速度可提高2~3倍,同时大大提高了产品的一次交验合格率。本发明的方法尤其适用于35CrMnSiA合金筒体的对接焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金筒体对接环缝焊接方法。
背景技术
现有的低合金钢筒体对接环缝焊接一般是采用电子束焊接工艺,但由于电子束焊的工艺参数调节匹配的不完善,导致焊缝出现未熔合、裂纹、贯穿性缩孔等缺陷,满足不了产品的质量要求,一次交验合格率只有55%,不合格产品的返修工艺也比较复杂,增加了人力成本,也增加了产品的加工周期和加工成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,它解决了现有低合金钢筒体对接环缝焊接存在的,采用冷丝TIG填充焊熔敷效率低、加工周期长的问题。
低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,它的具体过程为:
步骤一、加工筒件待焊接端面的坡口:分别将两根待焊接筒件的焊接端面车削成相互配合的钝边U形坡口;
步骤二、对U型坡口进行焊接,具体包括以下步骤:
步骤二一、对两个待焊接的筒件进行预焊和预热:将两个待焊接的筒件装配到位后进行预焊,炉预热,加热温度为280~300℃,保温时间120±5分钟,使产品受热均匀;
步骤二二、将步骤二一处理完的试件出炉,装入自动焊机的固定装置中,调整焊枪、焊丝1、和工件5的相对位置,其中焊丝1末端与钨极4间的距离为3.5mm~5mm,焊枪提前量L为15mm~25mm,热丝枪2的送丝角度B为35°~50°;
步骤二三、打底焊,采用单面焊双面成型技术进行打底焊;
步骤二四、多层多道填充焊:采用单层双道进行每一层的填充焊接,填充厚度为整个焊缝的1/3,每一条焊道与上一条焊道相叠加的宽度为1/2~1/3焊道宽,完成每一层的焊接时,即完成一圈的焊接时,停止送丝,调整焊枪至下一待焊位置,采用电弧正中熔化上一焊道边缘,然后送丝开始焊接,其中从第三层开始采用热丝焊接;
步骤二五、多层多道盖面焊:采用热丝焊接,焊缝熔敷量2/3;
步骤三、后热除氢:将焊接完成的试件立即入炉加热,保温温度280℃~300℃,保温时间120±5分钟,然后出炉空冷至室温;
步骤四、去应力退火:将除氢之后的试件放入炉中,入炉温度≤300℃,保温温度为580±10℃,保温时间120±5分钟,随炉冷却至≤300℃,出炉空冷至室温;
步骤五、调质处理、淬火:入炉温度≤500℃,预热温度680℃,保温时间180±5分钟,加热温度900±10℃,保温时间90±5分钟,采用油作为淬火介质,淬火时间18~20分钟;回火,保温温度为230±10℃,保温时间180±5分钟,采用水作为冷却介质,冷却时间15~18分钟。
所述焊枪提前量是指焊枪末端与焊件轴线之间的距离。
步骤一中所述的钝边U形坡口可以采用插口配合式钝边,参见图1所示,钝边厚度P为1.5mm~3.5mm,坡口面角度A为20°~30°,坡口底部倒角半径R为6mm~8mm。采用这种钝边U形坡口具有良好的自对正性。
在步骤二中,焊枪、焊丝1、钨极4和工件5的位置关系参见图2所示。
在步骤二三中,选用焊丝直径为Φ1.2mm,焊接电流为145A~160A,弧长为3mm~4mm,相应电压为12V~14V,工件转速为120mm/min。
在步骤二四的多层多道填充焊,和步骤二五的多层多道盖面焊中,具体每步中需要焊接的层数,根据待焊接的筒件的壁厚进行确定。
在步骤二五中,采用直径为Φ1.6mm的焊丝进行盖面焊。
在步骤二五中,在焊接速度一定的前提下,热输入和熔敷速度逐层增加。具体可以采用焊接电流、焊接电压、热丝电流、送丝速度等参数逐层提高的方式来实现。
本发明的焊接方法的优点有:一、能够保证熔池与坡口面熔合良好,焊道焊趾处要与坡口面呈钝角形成凹曲面(如图3所示),而不是锐角(如图4所示),能够防止焊趾处的熔渣堆积,并且在熔池经过的时候,熔渣容易浮出。二、焊丝的熔敷速度能够提高2~3倍,提高了加工效率、降低了产品加工周期。三、采用本发明的焊接方法焊接的两根筒体,连接牢靠、强度高,提高了加工质量,进而提高了产品的一次交验合格率,降低了产品报废率,降低了加工成本。
本发明的焊接方法尤其适用于35CrMnSiA合金筒体的对接焊接。
附图说明
图1是钝边U形坡口的结构式意图。图2是在焊接过程中焊枪、焊丝1、和工件5的相对位置示意图;图3是焊道焊趾处与坡口面呈钝角形成凹曲面的示意图;图4是焊道焊趾处与坡口面呈锐角形成凸曲面的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式所述的低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法的具体过程为:
步骤一、加工筒件待焊接端面的坡口:分别将两根待焊接筒件的焊接端面车削成相互配合的钝边U形坡口;
步骤二、对U型坡口进行焊接,具体包括以下步骤:
步骤二一、对两个待焊接的筒件进行预焊和预热:将两个待焊接的筒件装配到位后进行预焊,炉预热,加热温度为280~300℃,保温时间120±5分钟,使产品受热均匀;
步骤二二、将步骤二一处理完的试件出炉,装入自动焊机的固定装置中,调整焊枪、焊丝1、和工件5的相对位置,其中焊丝1末端与钨极4间的距离为3.5mm~5mm,焊枪的提前量L为15mm~25mm,热丝枪2的送丝角度B为35°~50°;
步骤二三、打底焊,采用单面焊双面成型技术进行打底焊;
步骤二四、多层多道填充焊:采用单层双道进行每一层的填充焊接,填充厚度为整个焊缝的1/3,每一条焊道与上一条焊道相叠加的宽度为1/2~1/3焊道宽,完成每一层的焊接时,即完成一圈的焊接时,停止送丝,调整焊枪至下一待焊位置,采用电弧正中熔化上一焊道边缘,然后送丝开始焊接,其中从第三层开始采用热丝焊接;
步骤二五、多层多道盖面焊:采用热丝焊接,焊缝熔敷量2/3;
步骤三、后热除氢:将焊接完成的试件立即入炉加热,保温温度280℃~300℃,保温时间120±5分钟,然后出炉空冷至室温;
步骤四、去应力退火:将除氢之后的试件放入炉中,入炉温度≤300℃,保温温度为580±10℃,保温时间120±5分钟,随炉冷却至≤300℃,出炉空冷至室温;
步骤五、调质处理、淬火:入炉温度≤500℃,预热温度680℃,保温时间180±5分钟,加热温度900±10℃,保温时间90±5分钟,采用油作为淬火介质,淬火时间18~20分钟;回火,保温温度为230±10℃,保温时间180±5分钟,采用水作为冷却介质,冷却时间15~18分钟。
本实施方式步骤一中所述的钝边U形坡口可以采用插口配合式钝边,参见图1所示,钝边厚度P为1.5mm~3.5mm,坡口面角度A为20°~30°,坡口底部倒角半径R为6mm~8mm。采用这种钝边U形坡口具有良好的自对正性。
在步骤二中,焊枪、焊丝1、钨极4和工件5的位置关系参见图2所示。
在步骤二三中,选用焊丝直径为Φ1.2mm,焊接电流为145A~160A,弧长为3mm~4mm,相应电压为12V~14V,工件转速为120mm/min。
在步骤二四的多层多道填充焊,和步骤二五的多层多道盖面焊中,具体每步中需要焊接的层数,根据待焊接的筒件的壁厚进行确定。
在步骤二五中,采用直径为Φ1.6mm的焊丝进行盖面焊。
在步骤二五中,在焊接速度一定的前提下,热输入和熔敷速度逐层增加。具体可以采用焊接电流、焊接电压、热丝电流、送丝速度等参数逐层提高的方式来实现。
采用本实施方式所述的方法对35CrMnSiA筒件进行对接焊后,进行测试的结果为:
然后对焊后热处理的35CrMnSiA试件按照GB2651《焊接接头拉伸试验方法》进行拉伸试验,试样加工为圆形试样,试验段尺寸:φ10×60mm,夹头尺寸φ20×50,拉伸试验结果是:抗拉强度为1800~1900Mpa(合格指标:产品规定不低于1620Mpa)。
对焊后热处理的35CrMnSiA试件按照GB2650《焊接接头冲击试验方法》进行冲击试验,试样尺寸为10×10×55mm,缺口类型为U缺口,缺口位置垂直于焊缝,冲击试验结果:接头冲击吸收功为40~45J(合格指标:产品规定不低于36J)。洛氏硬度:HRC50~55(合格指标:产品规定HRC45~55J)。
焊缝外观成形美观,焊波均匀,焊缝及热影响区无裂纹、气孔、咬边、未焊透等焊接缺陷,焊缝进行100%的X射线检测,焊缝质量评定按JB47302.2-2005《承压设备无损检测》标准规定,焊缝质量为I级。
由上述测试结果表明,采用本实施方式所述的低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法进行管件对接焊,能够提高产品焊接质量,并解决了外委厂家加工存在制造周期长、生产费用高的问题,还解决了冷丝TIG填充焊熔敷效率低的问题,热丝TIG焊焊丝的熔敷速度可提高2~3倍,降低了劳动强度,热丝TIG焊工艺是TIG厚壁填充焊的发展趋势。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式以所述的低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法的区别在于,所述待焊筒件的壁厚S为15mm~50mm,所述焊接方法的不同之处在于:
在步骤二三的打底焊过程中,采用直径为Φ1.2mm的焊丝,焊接电流为145A~160A,弧长3mm~4mm,相应电压12V~14V,转速为120mm/min,所述钨极的直径为4mm~5mm,所述钨极的端部角度为30°~40°,所述钨极伸出保护嘴3的长度为6mm~8mm,所述保护嘴3的内径为11mm,气体流量为18L/min~22L/min,焊枪提前量为25mm~30mm,
使用TIG焊的程序参数设定参见表1:
表1
TORCH PREGAS焊枪预送气时间 | 3s | PREWELDING预焊接时间 | 2s | PREWELDING I预焊接电流 | 30A |
PREWELDING U预焊接电压 | 10.2V | WIRE START T送丝延时 | 3s | MVT START T运动延时 | 2.5s |
AVC STARTT弧长跟踪延时 | 2s | I INCREMENT T电流建立时间 | 2s | I焊接电流 | 160A |
U焊接电压 | 13V | Vwir送丝速度 | 60cm/min | I KEEP T焊接电流维持时间 | 3s |
WIRE Stop T送丝停止延时 | 2s | MVT Stop T运动停止延时 | 4s | WIRE RETRAC T焊丝回抽时间 | 2s |
I DECREMENT T电流衰减时间 | 8s | AVC RELIEF T AVC抬起时间 | 2s | POST GAS T后滞气时间 | 14s |
本实施方式焊接完成的内外焊缝成形美观,焊缝波纹均匀规则,钝边插口装配线已完全熔合,背焊道焊缝焊高1mm~1.5mm,焊宽5mm~6mm。
在打底焊完毕之后,不用熄弧直接转入填充焊接,在步骤二四中进行六层的多层多道填充焊,每一层的焊接参数见表2,
表2
焊道层数 | 送丝速度(mm/min) | 焊接电流(A) | 热丝电流(A) |
第一层 | 800 | 180 |
焊道层数 | 送丝速度(mm/min) | 焊接电流(A) | 热丝电流(A) |
第二层 | 1000 | 200 | - |
第三层 | 1200 | 220 | 30 |
第四层 | 1400 | 240 | 40 |
第五层 | 1600 | 260 | 50 |
第六层 | 1800 | 260 | 60 |
在焊接过程中,第一、二层不用热丝电流,能够有效防止背焊道过于塌陷。
在上述过程中,当采用热丝焊接时,在送丝速度确定的前提下,调节热丝电流,产生的电阻热使焊丝与熔池接触的端部10~20mm处受热变色微蓝,此时的热丝电流与其他焊接参数配合,焊缝成形最佳。
在热丝焊接时,热丝电流不宜过大,如过大易造成焊丝防锈镀铜层受热蒸发,焊丝过度氧化,端部发黑,致使熔池焊渣量过多,焊缝成形不好,焊缝产生缺陷几率增大。
在步骤二五的多层多道盖面焊过程中,进行五层焊接,具体焊接过程是随着焊接高度的提高,每一层的焊接参数不同,具体参数参见表3所示:
表3
焊道层数 | 送丝速度(mm/min) | 焊接电流(A) | 热丝电流(A) |
第一层 | 1330~1470 | 260±8 | 40±6 |
第二层 | 1710~1890 | 280±8 | 50±6 |
第三层 | 2090~2310 | 300±8 | 60±6 |
第四层 | 2600~2800 | 320±8 | 80±6 |
第五层 | 3000~3200 | 330±8 | 95±6 |
在具体实施方式一或二所述的低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法中,步骤二三所述的打底焊是关键步骤,在焊接过程中应随时观察熔池熔化状态,及时控制热输入,保证熔池熔透,进而保证焊缝背面成形良好而又不过于塌陷而焊漏。
在观察熔池熔化状态过程中,可以通过观察焊接熔池的状态和背焊道熔化的颜色来判断熔池是否熔透,当熔池熔透时,重力使熔池下沉,熔池的表面下降且面积有所扩张,此时背焊道颜色较亮为亮黄;如果熔池不下沉,说明尚未熔透,此时背焊道颜色较暗为红黄;如果熔池下沉过多,则说明背面塌陷产生焊瘤,焊缝有烧穿的危险,此时背焊道颜色为亮黄色。钢材的颜色与温度关系见表4。
表4
颜色 | 深褐红色 | 褐红 | 暗樱红 | 深樱红 | 樱红 | 浅樱红 |
温度(℃) | 550-580 | 580-650 | 650-730 | 730-770 | 770-800 | 800-830 |
颜色 | 亮樱红 | 橘黄 | 暗橘黄 | 亮橘黄 | 白橘黄 | |
温度(℃) | 830-960 | 960-1050 | 1050-1150 | 1150-1250 | 1250-1300 |
Claims (6)
1、一种低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,其特征在于它的具体过程为:
步骤一、加工筒件待焊接端面的坡口:分别将两根待焊接筒件的焊接端面车削成相互配合的钝边U形坡口;
步骤二、对U型坡口进行焊接,具体包括以下步骤:
步骤二一、对两个待焊接的筒件进行预焊和预热:将两个待焊接的筒件装配到位后进行预焊,炉预热,加热温度为280~300℃,保温时间120±5分钟,使产品受热均匀;
步骤二二、将步骤二一处理完的试件出炉,装入自动焊机的固定装置中,调整焊枪、焊丝(1)、和工件(5)的相对位置,其中焊丝(1)末端与钨极(4)间的距离为3.5mm~5mm,焊枪的提前量L为15mm~25mm,热丝枪(2)的送丝角度B为35°~50°;
步骤二三、打底焊,采用单面焊双面成型技术进行打底焊;
步骤二四、多层多道填充焊:采用单层双道进行每一层的填充焊接,填充厚度为整个焊缝的1/3,每一条焊道与上一条焊道相叠加的宽度为1/2~1/3焊道宽,完成每一层的焊接时,停止送丝,调整焊枪至下一待焊位置,采用电弧正中熔化上一焊道边缘,然后送丝开始焊接,其中从第三层开始采用热丝焊接;
步骤二五、多层多道盖面焊:采用热丝焊接,焊缝熔敷量2/3;
步骤三、后热除氢:将焊接完成的试件立即入炉加热,保温温度280℃~300℃,保温时间120±5分钟,然后出炉空冷至室温;
步骤四、去应力退火:将除氢之后的试件放入炉中,入炉温度≤300℃,保温温度为580±10℃,保温时间120±5分钟,随炉冷却至≤300℃,出炉空冷至室温;
步骤五、调质处理、淬火:入炉温度≤500℃,预热温度680℃,保温时间180±5分钟,加热温度900±10℃,保温时间90±5分钟,采用油作为淬火介质,淬火时间18~20分钟;回火,保温温度为230±10℃,保温时间180±5分钟,采用水作为冷却介质,冷却时间15~18分钟。
2、根据权利要求1所述的一种低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,其特征在于步骤一中所述的钝边U形坡口是插口配合式钝边,钝边厚度P为1.5mm~3.5mm,坡口面角度A为20°~30°,坡口底部倒角半径R为6mm~8mm。
3、根据权利要求1所述的一种低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,其特征在于,在步骤二三中,焊丝的直径为Φ1.2mm,焊接电流为145A~160A,弧长为3mm~4mm,相应电压为12V~14V,工件转速为120mm/min。
4、根据权利要求1所述的一种低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,其特征在于,在步骤二五中采用直径为Φ1.6mm的焊丝进行盖面焊。
5、根据权利要求1所述的低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,其特征在于,在步骤二五中,在焊接速度一定的前提下,热输入和熔敷速度逐层增加。
6、根据权利要求1所述的一种低合金钢筒体对接环缝热丝TIG多层多道焊接方法,其特征在于,所述待焊筒件的壁厚S为15mm~50mm,
在步骤二三的打底焊过程中,采用直径为Φ1.2mm的焊丝,焊接电流为145A~160A,弧长3mm~4mm,相应电压12V~14V,转速为120mm/min,所述钨极的直径为4mm~5mm,所述钨极的端部角度为30°~40°,所述钨极伸出保护嘴3的长度为6mm~8mm,所述保护嘴3的内径为11mm,气体流量为18L/min~22L/min,焊枪提前量为25mm~30mm;
在步骤二四中进行六层的多层多道填充焊,每一层的焊接参数为
在步骤二五中进行五层焊接,每一层的焊接参数为:
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