CN104690402A - 一种免清根的对接板埋弧焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢板平对接焊领域，特指一种14-35mm的中厚板的免清根的对接板埋弧焊方法。本发明设计少焊道的坡口，按要求定位焊后，采用超低频率脉冲埋弧焊的方法，对电流、电压和送丝速度进行控制，配合特定工艺参数和技术参数，实现10-25mm板厚范围内的I形坡口对接板免清根埋弧焊，25mm以上板厚的大钝边(15-18mm)免清根焊接，实现了在这个板厚范围内的正反各一道，自动埋弧焊工艺。本发明焊接电流和焊接电压的脉冲参数，结合送丝电机的变速送丝，使电弧直接作用于熔池底部金属，并加大熔池金属的对流作用，利于杂质的析出，保证焊缝根部的成型。本发明同样有利于减小焊接热输入，提高了焊接质量，减小了焊接变形。

Description

一种免清根的对接板埋弧焊方法
技术领域
本发明涉及钢板平对接焊领域，特指一种14-35mm的中厚板的免清根的对接板埋弧焊方法。
背景技术
在船舶、钢结构焊接中，对中板的拼板焊接中，一般均采用下面工艺：开无钝边或较小钝边的V形坡口，或小钝边的不对称双V形坡口，正面用气体保护焊打底后，用埋弧焊填充盖面，然后反面气刨清根，气体保护焊封底，埋弧焊填充和盖面，该工艺缺点在于，V形坡口填充金属较多；工序繁琐，多层多道焊增加缺陷的产生；反面清根工艺，使焊接工段增加气刨，焊接工序见附图1.
在大型船厂中，也经常采用背面加衬垫的埋弧焊工艺，反面采用陶瓷衬垫，从而单面焊，并且无需清根。不过该种工艺对设备要求高，反面加陶瓷衬垫，必然需要专用工装放置待焊钢板，方能贴上陶瓷衬垫，该种工艺钢板变形较大。
当前的对接板的埋弧焊免打底免清根，少焊道的工艺，采用悬空双面焊，留4－5mm间隙，反面加焊剂垫的工艺，采用该工艺也能扩大对接板免清根免打底埋弧焊工艺的板厚范围，但是该种工艺不可避免的有以下缺点，首先是这样的4－5mm间隙难以控制，点焊后，钢板无法翻身，从而在焊接过程中，点焊位置质量不稳定，反面加焊剂垫需要专用工装，且对焊剂消耗很大；由于反面间隙较大，焊接过程中熔池由焊剂托住，从而在正面焊缝的根部形成了不易清除的熔渣，增加了反面焊道清熔化正面焊道根部的难度，同时也增加了未熔合缺陷产生的可能。
埋弧焊是一种焊接效率较高的焊接方法，早在上世纪60年代，国外就有学者在脉冲TIG焊的启发下，研究了脉冲埋弧焊的工艺冶金特点，提出了脉冲埋弧焊的冶金模型，近年来，天津大学李桓教授团队研究了脉冲埋弧焊的焊接装备、冶金特点、焊缝成形特点等，同时应用脉冲埋弧焊熔池振荡原理提高焊接管道质量的专利在国内出现，但是深入研究脉冲埋弧焊增加熔深的工艺及原理并应用于工程的案例及文献未见，本发明即是在天津大学李桓教授团队研究基础上，深入研究利用脉冲埋弧焊增加熔深的机理与工艺，并将其应用于平板对焊，得到了良好的效果。
待焊钢板厚度20mm，传统工艺，坡口角度45-55度，钝边5mm，拼焊工序 如图1。
发明内容
本发明旨在提供一种工艺简单、质量稳定、高效率、低成本的免清根少焊道的对接板埋弧焊焊接方法，针对常见的低碳结构钢材料(根据NB/T 47014分类，为Fe-1类别，F-1-1组别钢材)，焊接工序见附图2。
本发明所述的一种免清根的对接板埋弧焊方法，包含以下步骤：
(1)坡口准备：将两块需焊接的钢板进行加工，形成设计的坡口；
(2)装配准备：将两板进行组对，调整坡口间隙，要求达到所规定的装配间隙；
(3)装配工序：点焊，固定两板；
(4)正面焊前准备：坡口及坡口附近钢板表面清理，埋弧焊小车轨道的调整，保证焊丝中心对准坡口中心；
(5)正面焊接：进行正面的焊接施工；
(6)反面焊接准备：正面焊接完成后，钢板翻身，清理坡口及坡口附近钢板表面，埋弧焊小车轨道的调整，保证焊丝中心对准坡口中心；
(7)反面焊接工序：进行反面的焊接施工，同正面焊接工序一致；
如上述工序，焊接完成后，该对钢板的拼焊工作即完成。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述坡口准备，将两块需焊接的板加工，形成坡口，其坡口加工方法可为热加工或机械加工的方法，但要求坡口为I形坡口、Y形坡口或对称X坡口，在板厚为14－25mm时，为I形坡口；板厚大于25mm时，为Y形坡口或留钝边的X坡口，无论Y形坡口或留钝边的X坡口，坡口角度为90－110度，钝边为15－18mm，本发明所设计坡口，为一种突破设计规范的坡口设计，在14-35mm厚度范围内，I形坡口的使用上限提升到了25mm，同时厚度大于25mm的钢板，所留钝边15－18mm，也是现有技术达不到的，正由于此，本发明可以实现在14-35mm厚度范围内，正反各一道的免清根埋弧焊工艺。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述装配准备，将两块需焊接的钢板组对，调整坡口间隙，要求达到所规定的间隙，在本发明中，要求装配间隙不大于2mm，理论装配间隙为0mm，本发明的间隙设计具有以下优点：理论间隙为0mm，在组装的时候，无需调整间隙，可将两钢板直接紧靠即可；同时装配间隙上限可以为2mm，使本工艺对坡口的加工要求宽松；0-2mm的坡 口间隙，使本发明还具有首道焊缝与点焊焊缝同侧的优点，从而在点焊后无需翻转钢板，减少焊接工序。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述装配工序，将两块钢板分段点焊即可，由于要求间隙0mm，所以在点焊过程中，无需考虑点焊的间隙收缩问题。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊工艺，所述正面焊前准备，在点焊完成后，施焊之前，对焊缝及坡口进行清理，主要为焊缝除锈、除油、除氧化皮和除点焊飞溅，坡口附近20mm内打磨除油漆，本工序为一般焊接都必不可少的工序，在本发明中，对焊接准备的工序也有严格要求，以保证焊接质量。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述正面焊接工序，为进行正面的焊接施工，在焊接过程中，焊接小车沿焊缝作匀速运动，焊接速度350-450mm/min；焊接电流和焊接电压在控制器的控制下，形成一定频率和占空比的脉冲电流和电压；焊接送丝电机同时配合电流电压进行脉动送丝，在电弧引燃，进入正常焊接后，焊接电流、电弧电压、送丝速度三者之间均进行有规律的变化，三者的频率相同。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述正面焊接工序，采用超低频率脉冲埋弧焊的工艺方法，但是本发明并非仅限于此，本发明采用电流、电压双脉冲的焊接方法，由于本发明采用焊丝直径为4-5mm，故采用变速送丝，从而在电流电压脉冲的同时，送丝电机也配合进行脉动。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述正面焊接工序，采用的脉冲频率为0.8－1.5HZ，脉宽比为50％－65％；采用电流峰值范围为600－1500A，基值电流为350－650A；基值电压26-31V；峰值电压33-38V。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述正面焊接工序，脉冲频率为0.8－1.5HZ，超低频率的脉冲具有较好的电弧挖掘作用，促进熔深形成；脉冲电压同脉冲电流配合，峰值电流配合峰值电压，基值电流配合基值电压，使在焊接电压、焊接电流脉冲的同时，电弧稳定；所述电流、电压脉冲参数范围，为焊接14-35mm钢板时，焊接参数的变化范围，具体选择在实施案例中举例说明；所述接送丝电机同时配合电流电压进行脉动送丝，电压峰值时，电流为峰值，此时给定送丝速度为电流给定，反馈送丝速度由电压给定，当峰值向基值切换时，此时送丝速度较大，而给定速度较峰值时小，此时电压较大，故送丝机加速送丝， 随即基值参数向峰值参数切换，电流电压切换为峰值参数，电弧能量加大，而此时电弧长度却依然为基值参数时的电弧长度，从而在峰值参数的前半段对熔池根部产生挖掘，如此峰值基循环焊接，产生了强烈的持续的对熔池根部的挖掘作用，具有增加熔深，防止根部未熔透等缺陷的效果。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述正面焊接工序，采用超低频率脉冲埋弧焊的工艺方法，在增大熔深的同时，也有利于减小热输入量，从而有利于减小焊接变形和提高接头性能。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述反面焊前准备，在钢板翻身完成后，施焊之前，对焊缝及坡口进行清理，主要为焊缝除锈、除油、除氧化皮、除点焊飞溅，坡口附近20mm内打磨除油漆，本工序为一般焊接都必不可少的工序，在本发明中，对焊接准备的工序也有严格要求，可以保证焊接质量。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，所述反面焊接工序，焊接参数及焊接过程控制要点同正面焊接工序，完成施焊。
进一步地，本发明一种免清根的对接板埋弧焊方法，在完成反面焊接工序后，钢板焊接工作即完成，在本发明中，正面焊接工序和反面焊接工序，为正反各一道焊缝完成施焊，反面焊接工序和正面焊接工序，采用焊接工艺参数相同，焊接变形小，焊后火工校正工时少或免于火工校正。
综上所述，本发明所述的一种免清根的对接板埋弧焊方法，针对平板对接焊中的对接焊缝，特别是中板的平板的拼焊焊缝，提出了坡口、装配间隙、焊接脉冲参数等关键参数，采用本发明的焊接工艺，在平板的拼焊中，具有免清根、免打底、少焊道、变形小的特点，特别是14-35mm板厚范围正反各一道的特点，是一种工艺简单、质量稳定、高效率、低成本的免清根的对接板埋弧焊工艺。
附图说明
图1为传统拼焊工序示意图。
图2为本发明焊接工序示意图。
图3为26mm钢板采用本工艺的焊缝截面照片。
具体实施方式
实施方式一 
埋弧焊钢板平板拼焊工艺，钢板牌号Q235B，板厚18mm，板长7m，板宽2米，焊接步骤如下：
(1)坡口准备：I形坡口，坡口加工方式为铣边机铣边，铣边后，清理毛刺，目视检验合格后进入下一道工序；
(2)装配准备：将两板进行组对，调整坡口间隙为0mm，具体操作为直接对边，不留间隙，检验间隙最大不超过2mm，检验合格后进入下一道工序；
(3)装配工序：点焊，固定两板，点焊长度为30-40mm，焊点间距400-500mm，余高小于1.5mm；
(4)正面焊前准备：坡口及坡口附近20mm范围内钢板表面清理，埋弧焊小车轨道调整，保证焊丝中心对准坡口中心；
(5)正面焊接工序：进行正面的焊接施工，焊丝H08A，直径5mm，焊剂SJ101。电流峰值设置为1000A，电流基值设置为350A，电压峰值36V，电压基值27V频率设置为1HZ，占空比设置为60％，焊接速度400mm/min；
(6)反面焊接准备：正面焊接完成后，钢板翻身，清理坡口及坡口20mm内钢板表面埋弧焊小车轨道的调整，保证焊丝中心对准坡口中心；
(7)反面焊接工序：进行反面的焊接施工，焊丝H08A，直径5mm，焊剂SJ101。电流峰值设置为1000A，电流基值设置为350A，电压峰值36V，电压基值27V频率设置为1HZ，占空比设置为60％，焊接速度400mm/min；
如上操作步骤完成后，钢板拼焊工作即完成，焊缝截面宏观金相可以看出焊接过程是正反各一道，焊缝成形符合要求。
实施方式2
埋弧焊钢板平板拼焊工艺，钢板牌号Q235B，板厚26mm，板长10m，板宽2米，焊接步骤如下：
(1)坡口准备：Y形坡口，坡口加工方式为铣边机铣边，钝边厚度18mm，坡口角度90度，铣边后，清理毛刺，目视检验合格后进入下一道工序；
(2)装配准备：将两板进行组对，调整坡口间隙为0mm，具体操作为直接对边，不留间隙，检验间隙最大不超过2mm，检验合格后进入下一道工序；
(3)装配工序：点焊，固定两板，点焊长度为30-40mm，焊点间距400-500mm，余高小于1.5mm；
(4)正面焊前准备：坡口及坡口附近30mm范围内钢板表面清理埋弧焊小车 轨道调整，保证焊丝中心对准坡口中心；
(5)正面焊接工序：进行正面的焊接施工，焊丝H08A，直径5mm，焊剂SJ101。电流峰值设置为1300A，电流基值设置为600A，电压峰值37V，电压基值28V频率设置为1HZ，占空比设置为60％，焊接速度400mm/min；
(6)反面焊接准备：正面焊接完成后，钢板翻身，清理坡口及坡口30mm内钢板表面埋弧焊小车轨道调整，保证焊丝中心对准坡口中心；
(7)反面焊接工序：进行反面的焊接施工，焊丝H08A，直径5mm，焊剂SJ101。电流峰值设置为1300A，电流基值设置为600A，电压峰值37V，电压基值28V频率设置为1HZ，占空比设置为60％，焊接速度400mm/min；
如上操作步骤完成后，钢板拼焊工作即完成，焊缝截面宏观金相如附图3，能看出焊接方法是正反各一道，对称的焊接，没有清根工序。
该发明免清根的对接板埋弧方法的使用，能够实现免清根、免打底、少焊道、变形小的焊接，特别是14-35mm板厚范围正反各一道的特点，是一种工艺简单、质量稳定、高效率、低成本的弧焊方法。

Claims (5)

1.一种免清根的对接板埋弧焊方法，包含以下步骤：
(1)坡口准备：将两块需焊接的钢板进行加工，形成设计的坡口；
(2)装配准备：将两板进行组对，调整坡口间隙，要求达到所规定的装配间隙；
(3)装配工序：点焊，固定两板；
(4)正面焊前准备：坡口及坡口附近钢板表面清理，埋弧焊小车轨道的调整，保证焊丝中心对准坡口中心；
(5)正面焊接工序：进行正面的焊接施工；
(6)反面焊接准备：正面焊接完成后，钢板翻身，清理坡口及坡口附近钢板表面，埋弧焊小车轨道的调整，保证焊丝中心对准坡口中心；
(7)反面焊接工序：进行反面的焊接施工，同正面焊接工序一致；
其特征在于：在板厚14-35mm的板厚范围内，采用I形坡口或钝边15-18mm，坡口角度90-110度的Y形坡口或对称X坡口，装配间隙0-2mm，焊接采用超低频率脉冲埋弧焊的自动埋弧焊，焊接过程正反各一道，免打底且免清根完成焊接过程。
2.如权利要求1所述的一种免清根的对接板埋弧焊方法，其特征在于：在板厚为14-25mm时，为I形坡口；板厚大于25mm时，为Y形坡口或留钝边的X坡口，无论Y形坡口或留钝边的X坡口，坡口角度为90－110度，钝边为15-18mm。
3.如权利要求1所述的一种免清根的对接板埋弧焊方法，其特征在于：所述装配间隙优选为0mm。
4.如权利要求1所述的一种免清根的对接板埋弧焊方法，其特征在于：所述点焊指分段点焊，当装配间隙为0mm时，无需考虑点焊的间隙收缩问题。
5.如权利要求1所述的一种免清根的对接板埋弧焊方法，其特征在于：所述焊接采用电流、电压双脉冲的焊接方法，焊丝直径为4-5mm，采用变速送丝，即在电流电压脉冲的同时，送丝电机也配合进行脉动，采用的焊接参数：脉冲频率为0.8－1.5HZ，脉宽比为50％－65％，峰值电流为600－1500A，基值电流为350－650A，基值电压为26-31V，峰值电压为33-38V，焊接速度为350-450mm/min。
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