CN103317219B - 中厚板不等间隙i型坡口不清根焊接工艺 - Google Patents

中厚板不等间隙i型坡口不清根焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，包括如下的步骤：焊前装配步骤，将中厚板装配形成不等间隙I型坡口，坡口向上，坡口根部间隙0～3mm，坡口正面间隙0～5mm；打底焊，以小电流摆动焊接方式在坡口正面进行打底焊，打底焊过程中熔池金属不下淌；正面埋弧焊，以小电流在坡口正面进行埋弧焊，正面埋弧焊过程中不烧穿打底焊的焊缝；背面埋弧焊，不经过碳刨清根直接在坡口背面进行埋弧焊，背面埋弧焊的电流根据中厚板的板厚和坡口根部间隙确定，背面埋弧焊在坡口根部的小间隙区域完全熔透，在坡口根部的大间隙区域正面不烧穿。

Description

中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺
技术领域
本发明涉及钢结构制造领域，更具体地说，涉及中厚板焊接技术领域。
背景技术
中厚平板结构在船舶船板和壳体、港口机械箱梁、跨海大桥面板等广泛应用。中厚板拼焊在结构件制作中占非常大的比重，中厚板拼焊的传统方法采用开V型坡口，正面焊接，背面清根，再进行焊接，其焊接制作效率低下，耗能高，环境污染严重，成本高。因此，急需一种高效低碳不清根I型坡口焊接新工艺，即：不开V型坡口、不清根的焊接方法。
目前，中厚板I型坡口不清根焊接多采用双面单道埋弧焊SAW，但该方法对拼版要求高，装配间隙≤1mm，才能保证I型坡口焊接质量。但是实际生产中，由于等离子切割是火焰切割效率的3倍，被广泛采用，而等离子切割坡口质量差，切割面垂直度不高，导致拼焊时，形成一定坡口角度5～10°，装配时难以保证间隙在1mm以内，其中装配间隙不一致一般根部间隙在0mm～3mm，坡口表面间隙在0～5mm。采用传统I型坡口埋弧焊SAW，由于埋弧焊的参数是固定的，对于不等间隙装配的情况，装配间隙大时，会出现烧穿，而装配间隙较小时易出现未焊透、气孔等缺陷，因此，当装配间隙不一致时，其焊接质量不稳定，导致I型坡口焊接方法无法应用。为此，对于I型坡口不等间隙装配的情况，为了避免焊接缺陷，一般采用火焰切割或机械加工拼板坡口，将装配间隙控制1mm以内，才能实现I型坡口焊接，但是火焰切割或机加工坡口会造成焊接生产效率严重下降。
发明内容
本发明旨在提出一种能够应用于等离子切割产生的不等间隙I型坡口的中厚板的焊接工艺。
根据本发明的一实施例，提出一种中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，包括如下的步骤：
焊前装配步骤，将中厚板装配形成不等间隙I型坡口，坡口向上，坡口根部间隙0～3mm，坡口正面间隙0～5mm；
打底焊，以小电流摆动焊接方式在坡口正面进行打底焊，打底焊过程中熔池金属不下淌；
正面埋弧焊，以小电流在坡口正面进行埋弧焊，正面埋弧焊过程中不烧穿打底焊的焊缝；
背面埋弧焊，不经过碳刨清根直接在坡口背面进行埋弧焊，背面埋弧焊的电流根据中厚板的板厚和坡口根部间隙确定，背面埋弧焊在坡口根部的小间隙区域完全熔透，在坡口根部的大间隙区域正面不烧穿。
在一个实施例中，焊前装配步骤包括去除中厚板表面的铁锈和氧化皮，并采用熔化极气体保护焊GMAW进行点焊加固，焊接采用实心焊丝。
在一个实施例中，打底焊采用熔化极气体保护焊GMAW，使用直径为1.2mm的实心焊丝焊接。
在一个实施例中，正面埋弧焊使用直径4.0mm的焊丝。正面埋弧焊较佳的采用小电流交流埋弧焊。
在一个实施例中，背面埋弧焊的电流根据中厚板的板厚T和坡口根部间隙δ确定如下：背面埋弧焊基准电流I=330+47.5T+10δ-1.25T2；背面埋弧焊实际电流为I±10A。在一个实施例中，背面埋弧焊采用直径为4mm的焊丝。
本发明的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺适用于板厚为7～14mm的中厚板。
本发明的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺针对中厚板等离子切割质量不高，容易产生0～3mm不等间隙装配I型坡口的问题，提出一种高效的不清根焊接工艺，能满足7～14mm中厚板I型坡口在0～3mm不等间隙装配，背面不需清根，焊后100％UT和100％RT合格。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺的流程图。
图2揭示了本发明的方法中装配形成的不等间隙I型坡口的结构图。
图3揭示了本发明的方法中打底焊的示意图。
图4揭示了本发明的方法中正面埋弧焊的示意图。
图5揭示了本发明的方法中背面埋弧焊的示意图。
具体实施方式
参考图1所示，本发明揭示了一种中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺100，包括如下的步骤：
102．焊前装配步骤，将中厚板装配形成不等间隙I型坡口，坡口向上，坡口根部间隙0～3mm，坡口正面间隙0～5mm。图2揭示了装配形成的不等间隙I型坡口的结构图。在一个实施例中，焊前装配步骤还包括去除中厚板表面的铁锈和氧化皮，并采用熔化极气体保护焊GMAW进行点焊加固，点焊采用实心焊丝。
104．打底焊，以小电流摆动焊接方式在坡口正面进行打底焊，打底焊过程中熔池金属不下淌。在一个实施例中，打底焊采用熔化极气体保护焊GMAW，使用直径为1.2mm的实心焊丝焊接。图3揭示了打底焊的示意图。图3中的标记A代表打底焊形成的焊道。
106．正面埋弧焊，以小电流在坡口正面进行埋弧焊，正面埋弧焊过程中不烧穿打底焊的焊缝。在一个实施例中，正面埋弧焊使用直径4.0mm的焊丝。较佳的情况是，正面埋弧焊采用小电流交流埋弧焊。图4揭示了正面埋弧焊的示意图。图4中的标记B代表正面埋弧焊形成的焊道。
108．背面埋弧焊，不经过碳刨清根直接在坡口背面进行埋弧焊，背面埋弧焊的电流根据中厚板的板厚和坡口根部间隙确定，背面埋弧焊在坡口根部的小间隙区域完全熔透，在坡口根部的大间隙区域正面不烧穿。
背面埋弧焊的电流根据中厚板的板厚T和坡口根部间隙δ确定如下：
背面埋弧焊基准电流I与板厚T和坡口根部间隙δ之间符合以下的经验公式：I=330+47.5T+10δ-1.25T2。
背面埋弧焊的实际电流可以在经验电流I的基础上作一定的上下波动，比如为I±10A。在一个实施例中，背面埋弧焊采用直径为4mm的焊丝。图5揭示了背面埋弧焊的示意图。图5中的标记C代表背面埋弧焊形成的焊道。
在大量的试验基础上，本发明总结了板厚在8mm、10mm和12mm的中厚板进行不等间隙坡口焊接时的焊接工艺参数，如表1所示。
表1
同样依据大量试验的结果，本发明根据不同板厚情况下不等间隙坡口焊接的试验结果分析、包括打底焊电流、正面埋弧焊电流、背面埋弧焊电流对焊缝成形、熔深、熔宽、余高、焊接质量的影响，获得不同板厚的中厚板在0～3mm不等间隙坡口焊接时的最佳背面埋弧焊电流，通过最小二乘法原理，结合焊接电源、焊接过程稳定性等综合考虑，构建了I型坡口焊接的背面埋弧焊基准电流I与板厚T、间隙δ之间的经验公式：
I=330+47.5T+10δ-1.25T2；
其中δ=（δmin+δmax）/2，δmin是最小根部间隙，单位mm，δmax是最大根部间隙，单位mm；
I是背面埋弧焊（SAW）基准电流，单位是A；
T为板厚，单位mm。该经验公式适用于7-14mm板厚0-3mm不等间隙I型坡口不清根焊接。
下面介绍一个应用实例，板厚为10mm的中厚板，根部间隙0～3mm，进行不等间隙I型坡口不清根焊接，具体步骤如下：
焊前装配，根部间隙0～3mm，坡口正面间隙0～5mm。
正面实心焊丝气体保护焊打底，采用实心焊丝CO2气体保护焊进行打底，焊接电流150-220A、电压22-25V、焊接速度300-400mm/min，焊接时要注意摆动焊，减少大间隙处熔池金属下淌，小间隙处余高较高。
正面小电流埋弧焊，采用焊丝小电流进行埋弧焊，焊接电流420-550A、电压29-32V、焊接速度450-550mm/min，焊缝成形良好。
背面大电流埋弧焊，背面采用焊丝大电流进行埋弧焊，通过经验公式计算出背面埋弧焊的电流I为700A，实际焊接电流取690-710A、电压31-35V、焊接速度450-550mm/min。焊缝符合一级焊缝要求，无任何缺陷。
本发明的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺针对中厚板等离子切割质量不高，容易产生0～3mm不等间隙装配I型坡口的问题，提出一种高效的不清根焊接工艺，能满足7～14mm中厚板I型坡口在0～3mm不等间隙装配，背面不需清根，焊后100％UT和100％RT合格。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可对上述实施例做出种种修改或变化而不脱离本发明的发明思想，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1.一种中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，其特征在于，
焊前装配步骤，将中厚板装配形成不等间隙I型坡口，坡口向上，坡口根部间隙≤3mm，坡口正面间隙≤5mm；
打底焊，以小电流摆动焊接方式在坡口正面进行打底焊，打底焊过程中熔池金属不下淌；
正面埋弧焊，以小电流在坡口正面进行埋弧焊，正面埋弧焊过程中不烧穿打底焊的焊缝；
背面埋弧焊，不经过碳刨清根直接在坡口背面进行埋弧焊，背面埋弧焊的电流根据中厚板的板厚和坡口根部间隙确定，背面埋弧焊在坡口根部的小间隙区域完全熔透，在坡口根部的大间隙区域正面不烧穿。
2.如权利要求1所述的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，其特征在于，所述背面埋弧焊的电流根据中厚板的板厚T和坡口根部间隙δ确定如下：
背面埋弧焊基准电流I＝330+47.5T+10δ-1.25T2；
背面埋弧焊实际电流为I±10A。
3.如权利要求2所述的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，其特征在于，所述背面埋弧焊采用直径为4mm的焊丝。
4.如权利要求1所述的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，其特征在于，所述焊前装配步骤包括去除中厚板表面的铁锈和氧化皮，并采用熔化极气体保护焊GMAW进行点焊加固，焊接采用实心焊丝。
5.如权利要求1所述的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，其特征在于，所述打底焊采用熔化极气体保护焊GMAW，使用直径为1.2mm的实心焊丝焊接。
6.如权利要求1所述的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，其特征在于，所述正面埋弧焊使用直径4.0mm的焊丝。
7.如权利要求6所述的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，其特征在于，所述正面埋弧焊采用小电流交流埋弧焊。
8.如权利要求1所述的中厚板不等间隙I型坡口不清根焊接工艺，其特征在于，所述中厚板的板厚为7～14mm。
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