CN101422836A - 对接焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对接焊方法，该方法能够通过在潜弧焊(SAW)中摆动焊丝以减少焊道数量而改进焊接生产率。该焊接方法包括以8－20mm的间隔彼此面对地设置厚为10－35mm的两母体金属；将背材连接到两母体金属的后侧，所述后侧彼此面对，从而背材通过与后侧的面接触密封母体金属之间的空间；在背材的上层执行管状焊丝电弧焊(FCAW)或组合执行FCAW和潜弧焊(SAW)1－3次；和焊接两母体金属，同时横向摆动SAW焊丝。

Description

对接焊方法

技术领域

本发明涉及一种对接焊方法，尤其涉及一种通过在潜弧焊(SAW)中横向摆动焊丝来减少焊道数量从而改进焊接生产率的对接焊方法。

背景技术

通常，焊接两母体金属的方法包括在两侧进行焊接的两侧焊和仅在一侧进行焊接的单侧焊。按照两侧焊，两侧的第一侧的初始焊层由于焊接质量差而必需清除，另外，母体金属或结构在单侧焊接后需要翻转。因此，不仅被损坏，而且两侧焊需要制造工厂有足够的高度并且花费时间来准备翻转和重置母体金属。另一方面，单侧焊要求保证在母体金属后面的工作空间，因为背材相对于母体金属在焊接前后连接和分离以防止在金属焊接时产生焊穿。这相应地需要相关工具。此外，由于需要在头上的位置进行背材的连接和分离，操作者可能遭受肌骨失常。

如上所述，两母体金属的焊接可以视情况通过单侧焊或两侧焊来实现。

在构造容器时，通常利用管状焊丝电弧焊(FCAW)方法和潜弧焊(SAW)方法。更具体地，在容器构造时，FCAW法和SAW法可以单独或联合使用。由于FCAW法中输入的焊接热量相对较低，FCAW法应用于焊穿可能性高的单侧焊的初步焊接，因此防止焊穿。然后，另外执行FCAW或SAW从而完成焊接。

当两个将被焊接的母体金属之间的间隔、即根部间隙是8-20mm时，进行单侧焊。即背材连接到彼此相面对的母体金属后侧，进行一或二次低焊接热量输入的FCAW。然后，通过执行高沉积率的SAW完成整个焊接过程。以250A以下的焊接电流进行作用到背材上的FCAW一或二次。当进行采用4.8mm直径焊丝的SAW时，如果焊接电流大于600A，穿透深度大，因此产生焊穿穿透形成在后侧的背材上的FCAW焊接部分。因此为了防止产生焊穿，在FCAW焊接层上进行的SAW应该用600A以下的低电流进行。而且，由于SAW焊接层越薄越好，也需要以低焊接电流进行SAW以防止焊穿。因此，直到完成整个焊接过程，需要进行几次或甚至十数次SAW。在两母体金属之间根部间隙是4-12mm时，整个焊接过程可以通过一次或两次SAW完成，通过使用在相同焊接电流下增加沉积率的补充焊丝、在相同焊接电流下具有比实芯焊丝更高沉积率的合成焊丝、或补充焊丝和合成焊丝的组合。但是，当根部间隙大于8mm时，焊丝与母体金属中心之间仅2mm的偏差就会在母体金属的槽边缘上产生未熔合(LF)，由于在SAW中产生的焊接部分类似手指的独特截面形状。

当将被焊接的母体金属厚为30-100mm且根部间隙设置为0-10mm时，对于具有X形或Y形槽的对接焊采用两侧焊，另一方面，对于具有V形槽的对接焊采用单侧焊。对于约30-100mm厚度的厚母体金属的焊接，可以单独或组合使用FCAW法和SAW法。

图1和图2图示了依据传统技术对厚母体金属的焊接过程。

参考图1，在母体金属厚50mm、前侧槽角是40度、后侧槽角是50度、金属之间的根部间隙是0mm、前侧和后侧具有母体金属的一半厚度的条件下，执行用于具有X形槽的对接的两侧焊(步骤S110)。为了防止产生焊穿，利用具有低焊接热输入的FCAW进行焊接的第一焊道(步骤S120)。下面，通过执行六焊道具有比FCAW高沉积率的SAW，总共通过7焊道完成前侧的焊接(步骤S130)。

如此完成前侧焊接的母体金属被翻转(步骤S140)，并且进行刨削和磨削(步骤S150)以防止LF。下面，进行7焊道SAW，从而完成整个焊接过程(步骤S160)。

图2示出对于V形槽的母体金属进行的单侧焊接(步骤S210)，母体金属的厚度为48mm，槽角为40度，根部间隙为6mm。背材22连接到母体金属的后侧以防止在初步焊接时焊穿。执行2焊道FCAW(步骤S220)。接下来执行15焊道SAW，因此完成整个焊接过程(步骤S230)。

在SAW期间，开始当母体金属的槽的宽度相对窄时，通过一焊道可以焊接一层。但是，由于焊接过程的进行，由于槽宽度增加，仅一道不足以焊接一层。即，每一层需要进行至少2焊道。因此，焊接道数将突然增加。

如上所述，当通过两侧焊焊接50mm厚的母体金属和通过单侧焊焊接48mm厚的母体金属时，总共重复13～15SAW焊道。因此，焊接生产率很低。

发明内容

因此，本发明考虑以上问题而作出，本发明的目标是提供一种对接焊方法，能够通过减少焊道来提高焊接效率，即通过将背材连接到母体金属的后侧，在两母体金属之间进行管状焊丝电弧焊(FCAW)或组合执行FCAW和潜弧焊(SAW)1-3次；和以相对于焊接方向45-90的角度横向摆动直径至少为3.2mm的SAW焊丝，依据母板金属的厚度，利用合成焊丝，其是具有高沉积率的高效焊丝，也利用补充焊丝以增强沉积率使得可能通过一次SAW实现对接焊。

在本发明的另一方面，提供一种能够相当多地减少焊道数的对接焊方法，当焊接厚度为30-100mm的母体金属时，通过摆动直径至少为3.2mm的SAW焊丝从而一层的焊接可通过一焊道完成，不管槽长度增加，而且可以通过利用补充焊丝和具有比普通实芯焊丝更高沉积率的合成焊丝，能够通过减少SAW焊道数来提高焊接效率。

依据本发明，可以通过提供一种对接焊方法实现上述和其它目标，该方法包括以8-20mm的间隔彼此面对地设置厚为10-35mm的两母体金属；将背材连接到两母体金属的后侧，所述后侧彼此面对，从而背材通过与后侧的面接触密封母体金属之间的空间；在背材的上层执行管状焊丝电弧焊(FCAW)或组合执行FCAW和潜弧焊(SAW)1-3次；通过对焊丝施加预定电压和电流产生电弧且焊接两母体金属以通过电弧热量熔化焊丝，同时以相对于焊接方向45-90度的角度摆动SAW焊丝。这里，依据母体金属的厚度可以单独或组合使用合成焊丝和补充焊丝。

为了通过上述焊接方法进行焊接，优选母体金属厚为10-35mm，根部间隙为8-20mm，实芯焊丝和合成焊丝的直径为3.2-5.0mm，补充焊丝的直径为1.0-2.4mm，焊丝相对于焊接方向的摆动角为45-90度，摆动宽度为5-30mm，摆动频率为20-90次/分钟。

一种母体金属形成X形槽且具有30-100mm的厚度的情况下的对接焊方法，该焊接方法包括设置两母体金属以形成X形槽(步骤S410)，利用具有相对低沉积率的FCAW进行第一焊道以防止焊穿(步骤S420)，在槽面供应补充焊丝且进行几次SAW，同时摆动SAW焊丝，从而完成前侧的焊接(步骤S430)，翻转焊接上前侧的母体金属(步骤S440)，和在其它槽面供应补充焊丝，并且执行几次SAW，同时摆动焊丝，从而完成后侧的焊接(步骤S450)。

一种母体金属具有30-100mm的厚度和Y形槽的情况下的对接焊方法，该焊接方法包括设置母体金属以形成Y形槽(步骤S510)，在槽面供应补充焊丝且进行几次SAW，同时摆动SAW焊丝，从而完成前侧的焊接(步骤S520)，翻转焊接上前侧的母体金属(步骤S530)，和进行1焊道SAW从而完成后侧的焊接(步骤S540)。

另外，一种母体金属具有30-100mm的厚度和V形槽的情况下的对接焊方法，该焊接方法包括设置两母体金属以形成V形槽(步骤S610)，向彼此面对的母体金属的后侧连接背材以通过表面接触密封母体金属之间的空间(步骤S620)，对由背材密封的空间的上层进行2焊道FCAW(步骤S630)，和在槽面供应补充焊丝，并且执行SAW几次，同时摆动焊丝，从而完成整个的焊接(步骤S640)。

当如上所述对30-100mm的母体金属进行对接焊时，优选母体金属之间的根部间隙为0-10mm，实芯焊丝和合成焊丝具有3.2-5.0mm的直径，补充焊丝包括切割焊丝或棒焊丝，并且焊丝以10-30mm的摆动宽度和20-100次/分钟的摆动频繁摆动。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，将会更清楚地理解本发明的上述和其它目标、特征和其它优势，其中：

图1示出传统两侧焊的过程；

图2示出传统单侧焊的过程；

图3示出依据本发明实施方式的焊接过程；

图4示出在母体金属为20mm厚且根部间隙为12mm的条件下，在本发明实施方式和传统技术之间进行单侧焊的比较；

图5示出本发明第一、第二、第三、第四实施方式根据焊丝不同摆动作用的焊接金属的截面外貌比较图；

图6示出依据本发明第二实施方式的X形槽的焊接过程；

图7示出依据本发明第二实施方式的Y形槽的焊接过程；

图8示出依据本发明第二实施方式的V形槽的焊接过程；

图9示出在本发明第二实施方式和传统技术之间比较具有50mm厚度的母体金属中的X形槽的截面外貌图；

图10示在本发明第二实施方式和传统技术之间比较具有50mm厚度的母体金属中的V形槽的截面外貌图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本发明典型实施方式。

图3示出依据本发明实施方式的焊接过程。将被焊接的对象，即，母体金属21适当地设置以进行对接焊。背材22连接到彼此面对的母体金属的后侧以防止焊接的金属被焊穿(步骤S310)。

至少一种或多种与母体金属不同类的金属、铜、抗热材料、和陶瓷用作背材22。背材22有槽或是平坦的。

相面对设置的母体金属21之间的空间被背材22密封，通常进行两次管状焊丝电弧焊(FCAW)(步骤S320)。但是，依据母体金属21的根部间隙和厚度，可以进行1-3次FCAW或可以组合进行FCAW和潜弧焊(SAW)。

在补充焊丝23施加到焊接金属上部和相面对设置的母体金属之间的空间以增加沉积率之后，SAW焊剂25施加到补充焊丝23(步骤S330)。在施加的SAW焊剂25中，在焊丝24的前端和母体金属之间产生电弧。焊丝24连续供应同时相对于焊接方向摆动45-90度。因此，完成单侧焊接(步骤S340)。

下面，本发明实施方式在表1中被制成表格。

表1

 

方法	特征	焊接金属的截面外貌
			比较例1(传统技术)	-金属厚度：20mm-根部间隔：12mm-完成：FCAW 2焊道+SAW 2焊道-使用补充焊丝-4.8mm直径的合成焊丝-在焊接金属中产生LF	参照附图4(a)
第一实施方式(本发明)	-金属厚度：20mm-根部间隔：12mm-完成：FCAW 2焊道+SAW 1焊道+摆动SAW1焊道-摆动宽度10mm，摆动频率28次/分钟-使用补充焊丝-4.8mm直径的合成焊丝-在焊接金属中未产生LF，焊接金属比传统技术更宽	参照附图4(b)

在母体金属为20mm厚且根部间隙为12mm的条件下，在本发明实施方式和传统技术之间进行单侧焊的比较(参照附图4a、4b)。背材连接到母体金属的后侧，进行两次FCAW和一次SAW。之后，补充焊丝施加到焊接部分的上层。合成焊丝用作焊丝。

在传统技术的比较例中，焊接通过一次完成而不进行焊丝的摆动。其时，依据本发明实施例，焊丝摆动，摆动宽度为10mm，摆动频率为28次/分钟，因此一次完成焊接。

如表1的比较例所示，在焊接金属的边缘产生0.5mm宽和2mm长的LF。当焊丝从两母体金属之间的空间的精确中心偏离时，产生LF。比较传统技术和本发明的焊接金属的尺寸，传统技术的焊接金属在其表面宽度为27.1mm，在其中间厚度处宽度为15.7mm。采用摆动SAW的本发明实施方式的焊接金属，其表面和中间厚度位置处的宽度分别为31.6mm和19.5mm，而没有产生任何LF。即，由于焊接金属的宽度增加了4.5mm和3.8mm，在传统技术中产生的0.5mm大小的LF不会在本发明中出现。换句话说，通过摆动SAW焊丝10mm宽度，焊接金属的宽度增加，因此在焊接部分消除了LF。

表2

 

实施例	方法	特征	截面外貌
				1	FCAW 2焊道+摆动SAW(实芯焊丝)1焊道	-金属厚度：15mm-根部间隔：8mm-摆动宽度10mm，频率47次/分钟-不使用补充焊丝，使用实芯焊丝	参照附图5(a)
2	FCAW 2焊道+摆动SAW(合成焊丝)1焊道	-金属厚度：25mm-根部间隔：18mm-摆动宽度20mm，频率27次/分钟-使用补充焊丝，使用合成焊丝	参照附图5(b)
				3	FCAW 2焊道+SAW1焊道+摆动SAW(合成焊丝)1焊道	-金属厚度：32mm-根部间隔：12mm-摆动宽度15mm，频率50次/分钟-使用补充焊丝，使用合成焊丝	参照附图5(c)

 

4

FCAW 2焊道+摆动SAW(实芯焊丝)1焊道

-金属厚度：20mm-根部间隔：8mm-摆动宽度10mm，频率80次/分钟-使用补充焊丝，使用实芯焊丝

参照附图5(d)

上面的表2解释本发明实施方式采用摆动焊丝的作用(参照附图5a、5b、5c、5d)。更具体地，在实施例1中，在母体金属厚为15mm且根部间隙为8mm的情况下，进行2次FCAW，接下来进行SAW，同时摆动焊丝，即，4.8mm直径的实芯焊丝，摆动宽度为10mm且摆动频率为47次/分钟。在焊接金属的截面没有产生LF(参照附图5a)。

在实施例2中，在母体金属厚为25mm且根部间隙为18mm的情况下，进行2次FCAW和1次SAW。另外，利用4.8mm直径的合成焊丝进行一次摆动SAW，摆动宽度为20mm且摆动频率为27次/分钟。在焊接金属的截面没有产生LF(参照附图5b)。

在实施例3中，在母体金属厚为32mm且根部间隙为12mm的情况下，进行2次FCAW和1次SAW。另外，进行一次摆动SAW，摆动宽度为15mm且摆动频率为50次/分钟。在焊接金属的截面没有产生LF(参照附图5c)。

在实施例4中，在母体金属厚为20mm且根部间隙为8mm的情况下，进行2次FCAW。另外，进行一次摆动SAW，摆动宽度为10mm且摆动频率为80次/分钟。在焊接金属的截面没有产生LF(参照附图5d)。

下文中，将参考附图详细描述依据本发明第二实施方式的对接焊。

图6到图8示出依据本发明第二实施方式的焊接方法的过程。在图6中，两个具有X形槽且厚度为50mm的两母体金属通过对接焊进行焊接(步骤S410)。利用相对低沉积率的FCAW进行第一焊道以防止焊穿(步骤S420)。补充焊丝供应到槽面且执行2焊道SAW，同时摆动焊丝，因此完成前侧的焊接(步骤S430)。焊接上前侧的母体金属被翻转(步骤S440)。补充焊丝供应到其它槽面且执行2焊道SAW，同时摆动焊丝，从而完成后侧的焊接(步骤S450)。

参考图7，具有Y槽形且厚为40mm的两母体金属通过对接焊进行焊接(步骤S510)。补充焊丝供应到槽面且执行2焊道SAW，同时摆动焊丝，从而完成前侧的焊接(步骤S520)。焊接上前侧的母体金属被翻转(步骤S530)。执行1焊道SAW，从而完成后侧的焊接(步骤S540)。这里，在焊接后侧之前，执行另外的刨削和磨削以防止在初始FCAW焊接层上产生LF。

参考图8，具有V形槽和50mm厚的两母体金属通过对接焊进行焊接(步骤S610)。背材连接以与彼此面对的母体金属的后侧形成表面接触(步骤S620)。在由背材密封的母体金属之间的空间的上层执行2焊道FACW(步骤S630)。补充焊丝供应到槽面且执行2焊道SAW，同时摆动焊丝，从而完成整个焊接(步骤S640)。

下文中，参考下面的表3和表4详细描述本发明第二实施方式。

表3

 

方法	特征	焊接金属的截面外貌
			比较例2(传统技术：图1)	-金属厚度：50mm-根部间隔：0mm-前焊接金属的厚度：25mm-完成：FCAW 1焊道+SAW 13焊道-不使用补充焊丝-4.8mm直径的实芯焊丝	参照附图9(a)
第二实施方式(本发明)	-金属厚度：50mm-根部间隔：0mm-前焊接金属的厚度：33mm-完成：FCAW 2焊道+SAW 3焊道-使用补充焊丝-4.8mm直径的实芯焊丝-摆动：在第二焊道和第	参照附图9(b)

 

三焊道SAW-摆动宽度15mm，频率50次/分钟

在上述表3中，在本发明第二实施方式和传统技术之间比较具有50mm厚度的母体金属中的X形槽的截面外貌(参照附图9a、9b)。对于第一焊接过程执行FCAW以防止焊穿。接下来，执行具有比FCAW更高沉积率的SAW以填充剩余部分。

在依据传统技术的比较例2中，不采用补充焊丝也不进行焊丝的摆动。另一方面，第二实施方式执行SAW时在第二和第三焊道SAW中采用补充焊丝且摆动焊丝，摆动宽度为15mm且摆动频率为50次/分钟。

如表3所示，在比较例2中执行13焊道SAW以完成焊接。但是，依据本发明第二实施方式，50mm厚的母体金属通过3焊道SAW焊接完成。

表4

 

方法	特征	焊接金属的截面外貌
			比较例3(传统技术：图2)	-金属厚度：48mm-根部间隔：6mm-完成：FCAW 2焊道+SAW 15焊道-不使用补充焊丝-4.8mm直径的实芯焊丝	参照附图10(a)
第二实施方式(本发明)	-金属厚度：50mm-根部间隔：6mm-完成：FCAW 2焊道+SAW 2焊道-使用补充焊丝-4.8mm直径的合成焊丝-摆动：在2焊道SAW中-摆动宽度20mm，频率30次/分钟	参照附图10(b)

在表4中，具有48mm厚度和50mm厚度的母体金属中的V形槽的截面外貌在本发明第二实施方式和传统技术之间进行比较(参照附图10a、10b)。母体金属分开根部间隙6mm，背材连接到后侧以防止产生焊穿。在背材上执行2焊道低沉积率的FCAW。接下来执行SAW以填充剩余部分。

在依据传统技术的比较例3中，即不应用补充焊丝也不摆动焊丝来进行焊接。另一方面，第二实施方式执行2焊道SAW，通过利用补充焊丝且摆动焊丝，摆动宽度为20mm，摆动频率为30次/分钟。

如表4所示，虽然在比较例3中执行15焊道SAW以完成焊接，但是，依据本发明第二实施方式，可通过2焊道SAW完成50mm的母体金属的焊接。

表5

 

实施例	5	6	7
				金属厚度	46mm	76mm	40mm
槽	Y形	X形	V形
				完成	SAW 3焊道	FCAW 1焊道+SAW 5焊道	FCAW 2焊道+SAW 3焊道
摆动	SAW第2焊道	SAW第4、5焊道	SAW所有焊道
				摆动宽度	15mm	19mm	10mm
摆动频率	47次/分钟	47次/分钟	90次/分钟
				补充焊丝	SAW第2焊道	SAW所有焊道	SAW第2、3焊道
焊丝	合成焊丝	实芯焊丝	实芯焊丝

上述表5解释本发明实施例采用焊丝摆动的作用。更具体地，在实施例5中，在具有Y形槽、厚46mm且根部间隙为0mm的两母体金属通过对接焊进行焊接。4.8直径的合成焊丝摆动，摆动宽度为15mm且摆动频率为47次/分钟，同时利用在SAW的第二焊道中利用焊接填料。整个焊接过程通过3通道SAW完成。在焊接金属的截面没有产生LF。

在实施例6中，厚为76mm且根部间隙为0mm的具有X形槽的两母体金属通过对接焊进行焊接。进行1焊道FCAW和5焊道SAW，直到完成焊接，使用补充焊丝，且直径为4.8mm的实芯焊丝在第四、第五焊道进行摆动，摆动宽度为19mm且摆动频率为47次/分钟。在焊接金属的截面没有产生LF。

在实施例7中，厚为40mm且根部间隙为10mm的具有V形槽的两母体金属通过对接焊进行焊接。进行2焊道FCAW和3焊道SAW直到焊接完成，在SAW期间利用补充焊丝且直径为4.0mm的实芯焊丝摆动，摆动宽度为19mm且摆动频率为90次/分钟。在焊接金属的截面没有产生LF。

从上述描述中明显的是，本发明提供一种对接焊方法，在母体金属具有大根部间隙的情况下，通过摆动直径至少为3.2mm的SAW焊丝且用一次或两次SAW完成焊接，能够获得没有未熔合(LF)的高质量焊接产品。而且，通过减少焊道数量可以提高生产率。另外，在母体金属为30-100mm厚的情况下，当执行用于对接焊的SAW时，由于通过摆动SAW焊丝可以实现一层一焊道，节约了焊道数量，因此提高了生产率。

尽管为了解释的目的已经公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员可以理解在不背离由所附权利要求所公开的本发明范围和精神的情况下，可以进行各种改变、附加和替代。

Claims (8)

1、一种对接焊方法，其特征在于，该方法包括：以8-20mm的间隔彼此面对地设置厚为10-35mm的两母体金属；将背材连接到两母体金属的后侧，所述后侧彼此面对，从而背材通过与后侧的面接触密封母体金属之间的空间；在背材的上层执行管状焊丝电弧焊(FCAW)或组合执行FCAW和潜弧焊(SAW)1-3次；和焊接两母体金属，同时横向摆动SAW焊丝。

2、如权利要求1所述的对接焊方法，其特征在于，所述SAW焊丝包括直径为3.2-5.0mm的实芯焊丝或合成焊丝。

3、如权利要求1所述的对接焊方法，其特征在于，所述填充到两母体金属之间的空间的补充焊丝的直径为1.0-2.4mm。

4、如权利要求1所述的对接焊方法，其特征在于，所述焊丝的摆动角相对于焊接方向是45-90度，摆动宽度为5-30mm，摆动频率为20-90次/分钟。

5、一种对接焊方法，其特征在于，该方法包括：设置厚为30-100mm的两母体金属以形成具有X、Y和V形之任一形状的槽；和执行两母体金属的SAW，同时摆动直径为3.2-5.0mm的SAW焊丝。

6、如权利要求5所述的对接焊方法，其特征在于，所述SAW焊丝包括实芯焊丝或合成焊丝。

7、如权利要求5所述的对接焊方法，其特征在于，所述焊丝以10-30mm的摆动宽度和20-100次/分钟的摆动频率摆动。

8、如权利要求5所述的对接焊方法，其特征在于，所述供应到两母体金属之间的空间的补充焊丝包括切割焊丝或棒焊丝。

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