CN103934541A - 适于20～45mm厚板的气电立焊工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种本发明所设计的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，它包括如下步骤：先在两块待焊接厚板正面侧分别加工出子坡口，按焊缝要求将两块待焊接厚板装配在一起，使两块待焊接厚板正面侧的子坡口组合形成梯形正面坡口；然后对两块待焊接厚板的梯形正面坡口进行气电立焊，形成正面焊缝；再在两块连为一体的待焊接厚板反面侧加工出与梯形正面坡口相背的梯形反面坡口；最后对两块待焊接厚板的梯形反面坡口进行气电立焊或常规电弧焊，即可完成20～45mm厚板的焊接加工。本工艺节约了焊接成本，减少了焊缝因垫衬熔入焊液而被污染的现象，保证了焊缝力学性能。本工艺容易实现，焊接效率高，焊缝质量好。

Description

适于20～45mm厚板的气电立焊工艺
技术领域
本发明涉及冶金领域焊接技术，具体地指一种适于20～45mm厚板的气电立焊工艺。
背景技术
气电立焊(electro-gas welding)是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护电弧焊方法，焊接位置垂直或接近垂直，电弧轴线方向与焊缝熔深方向成直角。焊接时，在焊件1的焊缝1.1正面采用铜滑块，焊缝的背面采用水冷挡块或衬垫，药芯焊丝送入焊件1和挡块3形成的凹槽中，熔池5四面受到约束，焊缝1.1强制一次成形，如图1示意，其优点是：生产率高，成本低。
在气电立焊工艺中，焊接线能量是一项重要参数。气电立焊线能量公式为E＝1/k·US，其中：k为焊丝的熔化系数，U为焊接电压，S为坡口截面积；可见，坡口截面积S对焊缝线能量即热输入量的大小有关键的影响。为了能使焊枪6，包括导电嘴6.1、保护气喷嘴6.2等能在焊接面的坡口中作有效运动，焊接处一般设计为梯形坡口。所以焊缝的焊接线能量一般都在35kJ/cm以上，随着坡口面积变大，线能量可达几百kJ/cm。
国内大部分大线能量用钢的线能量一般要求为100kJ/cm左右，当待焊接工件的板厚低于20mm时，焊接面采用单侧梯形坡口，单侧梯形坡口焊接线能量一般为100kJ/cm左右，如图2所示；但当板厚大于20mm时，单侧梯形坡口必然会产生过大的焊接线能量，为了使焊接线能量保持在100kJ/cm左右，往往采用双侧梯形坡口，如图3所示。但是，如果采用双侧梯形坡口，焊接正面侧焊缝时，反面侧需要装配冷却挡块或垫块，与正面侧冷却挡块配合形成凹槽，防止焊液流出；因此必须将冷却挡块做成与反面侧坡口形状相适应匹配的形状，一旦坡口形状改变，冷却挡块或垫块的形状和尺寸就得随之而变；且无论是在加工坡口还是冷却挡块或垫块时，均会有误差，冷却挡块或垫块与反面侧坡口形状相适应和匹配就比较困难，导致准备工作较为复杂，成本高，也容易产生因加工误差带来的不匹配，使气电立焊过程不稳定和不准确。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有气电立焊工艺中存在的缺陷，提供一种提高焊接效率，优化焊缝接头性能，保证焊缝力学性能的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺。
为实现上述目的，本发明所设计的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特殊之处在于，它包括如下步骤：
1)先在两块待焊接厚板正面侧分别加工出子坡口，按焊缝要求将两块待焊接厚板装配在一起，使两块待焊接厚板正面侧的子坡口组合形成梯形正面坡口；
2)然后对两块待焊接厚板的梯形正面坡口进行气电立焊，形成正面焊缝；
3)再在两块连为一体的待焊接厚板反面侧加工出与梯形正面坡口相背的梯形反面坡口；
4)最后对两块待焊接厚板的梯形反面坡口进行气电立焊或常规电弧焊，即可完成20～45mm厚板的焊接加工。
进一步地，所述步骤2)中，正面焊接时在两块待焊接厚板反面侧与梯形正面坡口相对处装配有冷却挡块。
优选地，所述冷却挡块为通用型平挡块或平垫衬。
进一步地，所述步骤3)中，在加工出梯形反面坡口的同时，也将正面焊缝表面加工平整。
进一步地，所述步骤4)中，反面焊接时在两块待焊接厚板正面侧对应于正面焊缝处装配有冷却挡块。
优选地，所述气电立焊的正面焊缝线能量控制在95～105kJ/cm。
优选地，所述梯形正面坡口的顶部宽度a＝1.6～1.8cm、底部宽度c＝0.4～0.6cm、坡口深度d＝2.0～2.2cm；所述梯形反面坡口的顶部宽度b＝1.2～1.4cm、底部宽度c＝0.4～0.6cm、坡口深度e＝0.3～2.2cm。
进一步地，所述梯形正面坡口的两斜面夹角α＝40～60°，所述梯形反面坡口的两斜面夹角β＝35～50°。
进一步地，所述步骤4)中，对于20～30mm的待焊接厚板，采用常规电弧焊。
本发明的优点在于：所设计的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，在进行气电立焊时，尤其是对厚度为20～45mm工件进行焊接时能够保持其主焊缝的有效线能量为100kJ/cm左右，避免了因线能量控制不当，如线能量过大引起的焊接接头性能恶化、或是线能量过小导致焊接效率降低的情况；在焊接正面侧时，反面侧先不开坡口，可起到冷却块，即自衬、自冷的作用，不再需要加工与反面坡口形状相匹配的梯形冷却挡块；尤其是在工件较薄时，反面只需常规的平衬即可，方便、高效，节约了焊接成本；减少了焊缝因垫衬熔入焊液而被污染的现象，保证了焊缝力学性能。本工艺容易实现，焊接效率高，焊缝质量好，可广泛适用于20～45mm规格厚板的焊接加工。
附图说明
图1为传统气电立焊工艺原理示意图；
图2为传统气电立焊工艺焊接面采用单侧坡口时的结构示意图；
图3为传统气电立焊工艺焊接面采用双侧坡口焊接正面侧时的结构示意图；
图4为改进后的气电立焊工艺工件双侧坡口参数示意图；
图5为改进后的气电立焊工艺工件梯形正面坡口加工示意图；
图6为改进后的气电立焊工艺工件正面侧焊接示意图；
图7为改进后的气电立焊工艺工件梯形反面坡口加工示意图；
图8为改进后的气电立焊工艺工件反面侧焊接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1～3为传统气电立焊工艺示意图，其结构已在前文论述，在此不再赘述。
如图4～6所示，本发明所设计的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，它包括如下步骤：
1)先在两块待焊接厚板1正面侧分别加工出子坡口，按焊缝要求将两块待焊接厚板1装配在一起，使两块待焊接厚板1正面侧的子坡口组合形成梯形正面坡口2；
2)由于反面侧没加工坡口，可起到强迫焊液成形的作用，如有需要，也可在两块待焊接厚板1反面侧与梯形正面坡口2相对处装配冷却挡块3，冷却挡块3可为通用型平挡块或平垫衬；然后对两块待焊接厚板1的梯形正面坡口2进行气电立焊，形成正面焊缝2a；
3)再在两块连为一体的待焊接厚板1反面侧加工出与梯形正面坡口2相背的梯形反面坡口4；在加工出梯形反面坡口4的同时，也将正面焊缝2a表面加工平整，以便在焊接反面侧时在正面侧对应位置放置冷却挡块3；如果想得到完整焊缝，正面焊缝2a也可不加工平整，但可能会略为影响在正面放置冷却挡块3；
4)最后，在两块待焊接厚板1正面侧对应于正面焊缝2a处装配冷却挡块3，对两块待焊接厚板1的梯形反面坡口进行气电立焊或常规电弧焊；当板厚较薄时，反面坡口无需采用气电立焊时，也可用其它电弧焊完成。
通过上述步骤，即可完成20～45mm厚板的焊接加工。
作为优选方案，气电立焊的正面焊缝线能量控制在95～105kJ/cm，最佳方案为100kJ/cm。梯形正面坡口2的顶部宽度a＝1.6～1.8cm、底部宽度c＝0.4～0.6cm、坡口深度d＝2.0～2.2cm；梯形反面坡口4的顶部宽度b＝1.2～1.4cm、底部宽度c＝0.4～0.6cm、坡口深度e＝0.3～2.2cm；梯形正面坡口2的两斜面夹角α＝40～60°，梯形反面坡口4的两斜面夹角β＝35～50°。
对不同板厚的工件，正面焊缝线能量保持100kJ/cm左右，当正面开口宽度a＝1.7cm、开口底部宽度c＝0.5cm时，正、反两面坡口深度分配，及反面侧焊接方法如表1。
表1
采用上述工艺参数进行实际加工，经检测均可得到焊缝成形良好的焊缝，探伤全部合格。
通过对25mm及40mm规格某钢种，成分如表2，进行气电立焊试验，焊缝成形良好，焊接接头超声探伤合格，焊接接头力学性能试验结果如表3所示，结果均较为理想。
表2
C Si Mn P S 其它
0.06～0.08 0.16～0.20 1.40～1.55 ≤0.010 ≤0.010 微量Nb、Ti
表3
通过上述数据证明，所设计的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，在进行气电立焊时，尤其是对厚度为20～45mm工件进行焊接时能够保持其主焊缝的有效线能量为100kJ/cm左右，避免了因线能量控制不当，如线能量过大引起的焊接接头性能恶化、或是线能量过小导致焊接效率降低的情况；在焊接正面侧时，反面侧先不开坡口，可起到冷却块，即自衬、自冷的作用，不再需要加工与反面坡口形状相匹配的梯形冷却挡块；尤其是在工件较薄时，反面只需常规的平衬即可，方便、高效，节约了焊接成本；减少了焊缝因垫衬熔入焊液而被污染的现象，保证了焊缝力学性能。本工艺容易实现，焊接效率高，焊缝质量好，可广泛适用于20～45mm规格厚板的焊接加工。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：它包括如下步骤：
1)先在两块待焊接厚板(1)正面侧分别加工出子坡口，按焊缝要求将两块待焊接厚板(1)装配在一起，使两块待焊接厚板(1)正面侧的子坡口组合形成梯形正面坡口(2)；
2)然后对两块待焊接厚板(1)的梯形正面坡口(2)进行气电立焊，形成正面焊缝(2a)；
3)再在两块连为一体的待焊接厚板(1)反面侧加工出与梯形正面坡口(2)相背的梯形反面坡口(4)；
4)最后对两块待焊接厚板(1)的梯形反面坡口进行气电立焊或常规电弧焊，即可完成20～45mm厚板的焊接加工。
2.根据权利要求1所述的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：所述步骤2)中，正面焊接时在两块待焊接厚板(1)反面侧与梯形正面坡口(2)相对处装配有冷却挡块(3)。
3.根据权利要求2所述的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：所述冷却挡块(3)为通用型平挡块或平垫衬。
4.根据权利要求1所述的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：所述步骤3)中，在加工出梯形反面坡口(4)的同时，也将正面焊缝(2a)表面加工平整。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：所述步骤4)中，反面焊接时在两块待焊接厚板(1)正面侧对应于正面焊缝(2a)处装配有冷却挡块(3)。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：所述气电立焊的正面焊缝线能量控制在95～105kJ/cm。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：所述梯形正面坡口(2)的顶部宽度a＝1.6～1.8cm、底部宽度c＝0.4～0.6cm、坡口深度d＝2.0～2.2cm；所述梯形反面坡口(4)的顶部宽度b＝1.2～1.4cm、底部宽度c＝0.4～0.6cm、坡口深度e＝0.3～2.2cm。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：所述梯形正面坡口(2)的两斜面夹角α＝40～60°，所述梯形反面坡口(4)的两斜面夹角β＝35～50°。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的适于20～45mm厚板的气电立焊工艺，其特征在于：所述步骤4)中，对于20～30mm的待焊接厚板(1)，采用常规电弧焊。
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