CN104308467A - 筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺 - Google Patents

筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明发明公开了一种筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺,涉及一种筒体纵缝的焊接工艺。它包括板材原材料准备，板材焊接性工艺试验和焊接工艺评定，对板材进行下料、铣边、压头、开设工艺坡口，对板材进行预弯处理，并将板材折弯成筒体圆管，对板材内纵缝依次进行打底、填充和盖面操作，对板材外纵缝依次进行打底、填充和盖面操作，对筒体圆管进行精整和校直处理，对筒体圆管纵缝进行超声波UT探伤，切割板材多余的长度尺寸，筒体圆管标注出厂。本发明克服了现有传统埋弧焊纵缝焊接工艺反面需进行碳弧气刨清根、焊道打磨、产品存在质量风险性的问题，本发明焊接质量高，能够对筒体纵缝实现埋弧焊不清根且保证全熔透。

Description

筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺
技术领域
本发明发明涉及一种筒体纵缝的焊接工艺，具体的说是一种筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺。
背景技术
埋弧焊是一种重要的焊接方法，其固有的焊接质量稳定、生产率高、无弧光、烟尘等优点，使其在钢结构行业中大展身手，但是现有的钢结构筒体纵缝在采用埋弧焊进行焊接时，由于打底焊道中熔池的结晶特征及熔池保护不良会产生多种缺陷，所以现有技术均采用碳弧气刨进行清根，以确保背面熔透得到优质焊缝，实现使钢结构达到高质量的目的，然而这种传统的焊接工艺常存在以下问题：
a.碳弧气刨具有产生烟雾、噪声较大、粉尘污染、弧光辐射、对操作工要求高等明显缺陷，让焊接工头痛不已。
b.碳弧气刨时打底焊道几乎全部被清除使这个区域的焊接应力得到释放，同时碳弧气刨电流较常规埋弧焊电流高约30～35％，又输入新的热量，其较大的热输入极易造成构件较大角变形、扭曲变形，尤其对大截面薄板易造成腹板的急弯甚至造成构件的报废。
c.碳刨后焊缝需要用角磨砂轮机进行打磨，打磨质量直接关系到下一道焊缝的质量，这样就增加了工人的劳动强度与焊接质量的风险性。
所以如何在确保钢结构焊接质量的前提下，尽量避免使用碳弧气刨进行清根，充分发挥现有的焊接资源，提高焊接效率，优化焊接工序，改善焊接环境，减少人、财、机的浪费，成为当前迫切需要解决的技术难题。
发明内容
本发明发明是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，解决了钢结构筒体纵向焊缝背面不清根且保证全熔透的技术难题，达到了节约焊材、提高工作效率、降低劳动强度、减少污染的目的。
为了实现上述目的，本发明发明的技术方案为：筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：它包括如下工艺步骤，步骤1：准备若干尺寸合适的板材；步骤2：对板材进行焊接性工艺试验和焊接工艺评定，检查板材焊接性的优劣，选择经检查合格后的板材进入下一步操作；步骤3：先对板材进行平面度检查，然后采用火焰切割对板材进行下料切割，接着通过铣床对板材进行铣边处理，使板材的宽度尺寸与待加工的筒体圆管的直径匹配，板材的长度尺寸略大于待加工的筒体圆管的长度匹配，其中，所述板材的宽度尺寸为板材左侧与板材右侧之间的距离，板材的长度尺寸为板材前端与板材后端之间的距离；步骤4：采用组合下料的方式对板材左侧与板材右侧进行切割，使板材左侧与板材右侧均形成K型的工艺坡口；步骤5：对板材左侧与板材右侧均进行冲压处理，使板材左侧和板材右侧均设有向上翻起的压头；步骤6：先将带有工艺坡口的板材预弯，然后沿板材的长度方向上将板材折弯成筒体圆管，并使所述两个工艺坡口呈相邻间隔布置，所述两个工艺坡口之间的间隙为筒体纵缝，所述筒体纵缝包括位于筒体圆管内部的内纵缝，和位于筒体圆管外部的外纵缝；步骤7：对板材上的筒体纵缝进行手工焊接，使板材上的两个压头固定在一起；步骤8：采用实芯CO2焊或药芯CO2焊对筒体圆管上的内纵缝进行打底，采用埋弧焊对筒体圆管的内纵缝依次进行填充和盖面；步骤9：采用埋弧焊对筒体圆管的外纵缝依次进行打底、填充和盖面；步骤10：对完成上述操作的筒体圆管进行筒体纵缝超声波UT探伤；步骤11：对筒体圆管进行精整和校直,使压头处连接为一个圆管状；步骤12：对筒体圆管的前端和筒体圆管后端进行机械加工或火焰加工，切除筒体上多余的长度尺寸；步骤13：对经检验合格的筒体圆管进行标注，并将筒体圆管送入下一道工序。
在上述技术方案中，所述K型的工艺坡口的上坡角α1为32～40°，下坡角α2为22～30°，上坡角α1与下坡角α2之间的预留钝边的长度n为1～2㎜，工艺坡口的上坡边L1为8～16mm，工艺坡口的下坡边L2为5～8mm。
在上述技术方案中，步骤5中所述两个工艺坡口之间的距离为1～3㎜。
在上述技术方案中，步骤6中的手工焊的焊接直径为3.2mm，焊接电流为90～130A，焊接电压为22～26，焊接行走速度以筒体纵缝处焊道呈亮红色中等为准，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
在上述技术方案中，实芯CO2焊的焊接直径为1.2mm，焊接电流为220～280A，焊接电压为28～32，焊接行走速度以筒体纵缝处焊道呈亮红色中等为准，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
在上述技术方案中，药芯CO2焊的焊接直径为1.2mm，焊接电流为220～300A，焊接电压为28～32V，焊接行走速度以筒体纵缝处焊道呈亮红色中等为准，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
在上述技术方案中，埋弧焊在焊接内纵缝时，首道焊缝的焊接直径为5.0mm，焊接电流为620～705A，焊接电压为28～30V，焊接速度以34～30m/h，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度；其它道焊缝的焊接直径为5.0mm，焊接电流为700～780A，焊接电压为32～34V，焊接速度为26～30m/h，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
在上述技术方案中，埋弧焊在焊接外纵缝时，首道焊缝(关键焊缝)的焊接直径为5.0mm，焊接电流为860～950A，焊接电压为34～36V，焊接速度为23～25m/h，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度；其它道焊缝的焊接直径为5.0mm，焊接电流为705～730A，焊接电压为29～34V，焊接速度为26～30m/h，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
本发明是通过大量的试验研究与车间实际生产的跟踪指导，理论结合实践，对传统的埋弧焊焊接工艺进行改进创新而得来的。
在焊接筒体板材时，焊接时的焊接行走速度以筒体纵缝上的焊道呈亮红色中等为准，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度，焊接筒体纵缝时总的施焊掌控原则是：提高电弧电压，成型系数增加(电流、焊速恒定的情况下)。
打底焊道一般都用实芯CO2焊或药芯CO2焊进行封底，这样即可以使封底焊缝与母材充分熔合，又可以使熔透面进行焊接时有足够的厚度不至于熔透，因此打底焊缝的好坏直接关系到整条焊缝质量的优劣，打底焊不允许出现气孔、咬边、夹渣、裂纹等焊缝缺陷，外观要求无明显凹凸不平，当出现以上缺陷时应当返修经验收合格后才能进行填充层的焊接。
本发明在进行筒体纵缝焊接时，在内缝焊接完成后，外缝第一道在不清根的前提下采用较大的焊接电流，较高的焊接电压，较小的焊接速度，从而获得较大熔深，保证焊缝金属在熔池状态下保持较长时间，以便获得优良的焊缝金属，进而达到节省焊材、提高生产效率、降低劳动强度、减少污染的目的。
本发明为了避免打底焊缝中出现裂纹，采取适当增加焊缝成型系数，如提高焊接电压，减少焊接速度使焊缝宽度适度增加，同时焊缝熔深基本不变，使坡口两侧熔合过度良好，减少了焊接应力，提高焊缝抗裂性，有效控制了裂纹的产生。
本发明克服了现有传统埋弧焊纵缝焊接工艺反面需进行碳弧气刨清根、焊道打磨、产品存在质量风险性的问题，本发明焊接质量高，能够对筒体纵缝实现埋弧焊不清根且保证全熔透。
附图说明
图1为板材的结构示意图。
图2为板材的左侧和板材右侧均为压头时的结构示意图。
图3为板材的左侧和板材右侧军开设有工艺剖口的结构示意图。
图4为将板材折弯成筒体圆管，且筒体圆管未经过精整和校直时的主视图。
图5为板材上的工艺剖口的结构示意图。
图6为两个压头在拼装时的结构示意图。
图7为筒体圆管经过精整和校直后的结构示意图。
图中1-板材,2-筒体圆管,3-压头,4-工艺坡口，5-筒体纵缝,6-内纵缝，61-内侧第一道纵缝，62-内侧其它道纵缝，7-外纵缝，71-外侧第一道纵缝，72-外侧第二道纵缝。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明发明的实施情况，但它们并不构成对本发明发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：它包括如下工艺步骤，步骤1：准备若干尺寸合适的板材1；步骤2：对板材1进行焊接性工艺试验和焊接工艺评定，检查板材1焊接性的优劣，选择经检查合格后的板材1进入下一步操作；步骤3：先对板材1进行平面度检查，然后采用火焰切割对板材1进行下料切割，接着通过铣床对板材1进行铣边处理，使板材1的宽度尺寸与待加工的筒体圆管2的直径匹配，板材1的长度尺寸略大于待加工的筒体圆管2的长度匹配，其中，所述板材1的宽度尺寸为板材1左侧与板材1右侧之间的距离，板材1的长度尺寸为板材1前端与板材1后端之间的距离；步骤4：采用组合下料的方式对板材1左侧与板材1右侧进行切割，使板材1左侧与板材1右侧均形成K型的工艺坡口4；步骤5：对板材1左侧与板材1右侧均进行冲压处理，使板材1左侧和板材1右侧均设有向上翻起的压头3；步骤6：先将带有工艺坡口4的板材1预弯，然后沿板材1的长度方向上将板材1折弯成筒体圆管2，并使所述两个工艺坡口4呈相邻间隔布置，所述两个工艺坡口4之间的间隙为筒体纵缝5，所述筒体纵缝5包括位于筒体圆管2内部的内纵缝6，和位于筒体圆管2外部的外纵缝7；步骤7：对板材1上的筒体纵缝5进行手工焊接，使板材1上的两个压头3固定在一起；步骤8：采用实芯CO2焊或药芯CO2焊对筒体圆管2上的内纵缝6进行打底，采用埋弧焊对筒体圆管2的内纵缝6依次进行填充和盖面；步骤9：采用埋弧焊对筒体圆管2的外纵缝7依次进行打底、填充和盖面；步骤10：对完成上述操作的筒体圆管2进行筒体纵缝5超声波UT探伤；步骤11：对筒体圆管2进行精整和校直,使压头处连接为一个圆管状；步骤12：对筒体圆管2的前端和筒体圆管2后端进行机械加工或火焰加工，切除筒体上多余的长度尺寸；步骤13：对经检验合格的筒体圆管2进行标注，并将筒体圆管2送入下一道工序。
所述K型的工艺坡口4的上坡角α1为32～40°，下坡角α2为22～30°，上坡角α1与下坡角α2之间的预留钝边的长度n为1～2㎜，工艺坡口4的上坡边L1为8～16mm，工艺坡口4的下坡边L2为5～8mm。
步骤5中所述两个工艺坡口之间的距离为1～3㎜。
本发明是通过大量的试验研究与车间实际生产的跟踪指导，理论结合实践，对传统的埋弧焊焊接工艺进行改进创新而得来的。
本发明所述的筒体采用的是中厚板，筒体上的两个压头在拼装焊接时会形成X形的工艺坡口，坡口角度符合JGJ81-2002相关章节规定的要求。本发明适用于将CO2气体保护焊(实芯或药芯)或较小焊接参数埋弧焊用于打底操作，将埋弧焊用作填充操作和盖面操作的情形。
本发明对钢构件坡口的加工与构件的组装都提出了更高的要求，板材在加工定位前应使用角磨机将工艺坡口的坡口面彻底打磨干净，坡口精度应符合JGJ81-2002相关章节的要求。在组装成筒体圆管前，应检查坡口的精度是否符合规范要求，组装时应使钝边呈对称布置，并使所述两个压头之间保留一定的装配间隙(装配间隙以1～3mm为宜)。在用手工焊对板材进行定位前，应避免出现板变差，焊接性差等情况以预防焊接过程中出现夹渣及未焊透等缺陷。
打底焊道一般都用实芯CO2焊或药芯CO2焊进行封底，这样即可以使封底焊缝与母材充分熔合，又可以使熔透面进行焊接时有足够的厚度不至于熔透，因此打底焊缝的好坏直接关系到整条焊缝质量的优劣，打底焊不允许出现气孔、咬边、夹渣、裂纹等焊缝缺陷，外观要求无明显凹凸不平，当出现以上缺陷时应当返修经验收合格后才能进行埋弧焊填充层等的焊接。
本发明为了避免打底焊缝中出现裂纹，采取适当增加焊缝成型系数，如提高焊接电压，减少焊接速度使焊缝宽度适度增加，同时焊缝熔深基本不变，使坡口两侧熔合过度良好，减少了焊接应力，提高焊缝抗裂性，有效控制了裂纹的产生)。
在筒体上的两个压头组对好后，要选择好焊接工艺参数对所述两个压头之间的筒体纵缝5进行焊接，具体的焊接工艺参数设置如下：
焊接工艺参数表：
注意：
内缝施焊参数可以参考此表，外缝首道参数一定要按照此表施焊。焊接电压可以根据坡口宽度作适当调整且成正比例，前提是在电流、焊速一定的情况下，适当提高焊接电压(即就是提高焊接电压，成型系数增加，增大焊接电流，成型系数反而减少)。
在焊接翼缘板和腹板时，焊接时的焊接行走速度以筒体纵缝处焊道呈亮红色中等为准，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度，焊接焊接翼缘板和腹板时总的施焊掌控原则是：提高电弧电压，成型系数增加(电流、焊速恒定的情况下)。
本发明在进行筒体纵缝焊接时，在内缝焊接完成后，外缝第一道在不清根的前提下采用较大的焊接电流，较高的焊接电压，较小的焊接速度，从而获得较大熔深，保证焊缝金属在熔池状态下保持较长时间，以便获得优良的焊缝金属，进而达到节省焊材、提高生产效率、降低劳动强度、减少污染的目的。
如图6所示，图中61表示内侧第一道纵缝，62表示内侧其它道纵缝，71表示外侧第一道纵缝，72表示外侧第二道纵缝。其中，内侧其它道纵缝包括内侧第二道纵缝621和内侧第三道纵缝622，外侧其它道纵缝也被称为外侧第二道纵缝72。
同时，为了使本发明的技术方案更加清楚，本发明以30mm厚的中厚板为例，对本发明所述的部分工艺步骤及其有益效果作进一步说明：
a.内侧第一道焊缝61用实芯CO2气保焊或药芯CO2气体焊或埋弧焊对筒体内侧坡口进行打底焊，在保证质量的前提下，内侧其它道焊缝(内侧第二道焊缝621和内侧第三道焊缝622)采用埋弧焊常规焊接参数焊接。
b.外侧第一道焊缝71的焊接质量对整个焊缝的质量起决定性的作用，在尽可能的情况下采用较大电流、较大电压、较小速度进行焊接，以保证足够熔深与熔池持续时间，以实现焊接质量，外侧其实各道焊缝72采用埋板焊常规参数进行焊接。
c.焊丝应与纵缝焊缝中心线重合，焊丝伸出长度一般不超过8～10倍焊丝直径，即焊丝伸出长度为40mm左右，焊剂覆盖层控制在30～40mm。
d.在焊接筒体内纵缝和筒体外纵缝时，工作人员必须严格按照本发明所述的焊接工艺参数表中所给定的焊接工艺参数进行，尤其在焊接外侧第一道焊缝71时，工作人员更应该严格按照焊接工艺参数表中所述的焊接工艺参数进行焊接，它是保证筒体纵缝埋弧焊不清根全熔透焊接成功的关键。
经过大量的生产工艺实践和对车间的跟踪指导，结果表明无论是使用实芯CO2焊还是药芯CO2气保焊打底，还是使用较小参数埋弧焊打底，反面第一道在不清根的前提下，焊接参数只要符合表1中的要求，都可以满足构件全熔透要求，且探伤、理化试验结果合格，本发明经实践证明具有明显的社会经济效益与社会效益，工艺先进可行，操作简单，应适度进行推广。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (8)

1.筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：它包括如下工艺步骤，
步骤1：准备若干尺寸合适的板材(1)；
步骤2：对板材(1)进行焊接性工艺试验和焊接工艺评定，检查板材(1)焊接性的优劣，选择经检查合格后的板材(1)进入下一步操作；
步骤3：先对板材(1)进行平面度检查，然后采用火焰切割对板材(1)进行下料切割，接着通过铣床对板材(1)进行铣边处理，使板材(1)的宽度尺寸与待加工的筒体圆管(2)的直径匹配，板材(1)的长度尺寸略大于待加工的筒体圆管(2)的长度匹配，其中，所述板材(1)的宽度尺寸为板材(1)左侧与板材(1)右侧之间的距离，板材(1)的长度尺寸为板材(1)前端与板材(1)后端之间的距离；
步骤4：采用组合下料的方式对板材(1)左侧与板材(1)右侧进行切割，使板材(1)左侧与板材(1)右侧均形成K型的工艺坡口(4)；
步骤5：对板材(1)左侧与板材(1)右侧均进行冲压处理，使板材(1)左侧和板材(1)右侧均设有向上翻起的压头(3)；
步骤6：先将带有工艺坡口(4)的板材(1)预弯，然后沿板材(1)的长度方向上将板材(1)折弯成筒体圆管(2)，并使所述两个工艺坡口(4)呈相邻间隔布置，所述两个工艺坡口(4)之间的间隙为筒体纵缝(5)，所述筒体纵缝(5)包括位于筒体圆管(2)内部的内纵缝(6)，和位于筒体圆管(2)外部的外纵缝(7)；
步骤7：对板材(1)上的筒体纵缝(5)进行手工焊接，使板材(1)上的两个压头(3)固定在一起；
步骤8：采用实芯CO2焊或药芯CO2焊对筒体圆管(2)上的内纵缝(6)进行打底，采用埋弧焊对筒体圆管(2)的内纵缝(6)依次进行填充和盖面；
步骤9：采用埋弧焊对筒体圆管(2)的外纵缝(7)依次进行打底、填充和盖面；
步骤10：对完成上述操作的筒体圆管(2)进行筒体纵缝(5)超声波UT探伤；
步骤11：对筒体圆管(2)进行精整和校直,使压头(3)处连接为一个圆管状；
步骤12：对筒体圆管(2)的前端和筒体圆管(2)后端进行机械加工或火焰加工，切除筒体圆管(2)上多余的长度尺寸；
步骤13：对经检验合格的筒体圆管(2)进行标注，并将筒体圆管(2)送入下一道工序。
2.根据权利要求1所述的筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：所述K型的工艺坡口(4)的上坡角α1为32～40°，下坡角α2为22～30°，上坡角α1与下坡角α2之间的预留钝边的长度n为1～2㎜，工艺坡口(4)的上坡边L1为8～16mm，工艺坡口(4)的下坡边L2为5～8mm。
3.根据权利要求2所述的筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：步骤5中所述两个工艺坡口(4)之间的距离为1～3㎜。
4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：步骤6中的手工焊的焊接直径为3.2mm，焊接电流为90～130A，焊接电压为22～26，焊接行走速度以筒体纵缝处焊道呈亮红色中等为准，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：实芯CO2焊的焊接直径为1.2mm，焊接电流为220～280A，焊接电压为28～32，焊接行走速度以筒体纵缝处焊道呈亮红色中等为准，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
6.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：药芯CO2焊的焊接直径为1.2mm，焊接电流为220～300A，焊接电压为28～32V，焊接行走速度以筒体纵缝处焊道呈亮红色中等为准，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
7.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：埋弧焊在焊接内纵缝(6)时，首道焊缝(61)的焊接直径为5.0mm，焊接电流为620～705A，焊接电压为28～30V，焊接速度以34～30m/h，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度；其它道焊缝(62)的焊接直径为5.0mm，焊接电流为700～780A，焊接电压为32～34V，焊接速度为26～30m/h，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
8.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的筒体纵缝不清根全熔透构件的成型工艺，其特征在于：埋弧焊在焊接外纵缝(7)时，首道焊缝(关键焊道)(71)的焊接直径为5.0mm，焊接电流为860～950A，焊接电压为34～37V，焊接速度为23～25m/h，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度；其它道焊缝(72)的焊接直径为5.0mm，焊接电流为705～730A，焊接电压为29～34V，焊接速度为26～30m/h，成型规律以焊接时焊道溢出杂质气体均匀为度。
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