CN104942410A - 超窄间隙热丝tig焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超窄间隙热丝TIG焊接方法，其包括以下步骤：S₁、对窗户板试板坡口进行加工及焊前装配工作；S₂、对所述窗户板试板进行预热；S₃、进行超窄间隙热丝TIG焊接的打底焊焊道排布；S₄、设置打底焊接工艺参数，进行打底焊接。本发明超窄间隙热丝TIG焊接方法重点解决了窗户板超窄间隙热丝TIG焊接时，打底焊接困难、耗时长的问题，防止了焊接过程中极易产生的侧壁熔合不良、焊道不连续、焊缝成形差等焊接缺陷。从而实现了高效、高质量的窗户板超窄间隙打底焊接。并且提高了焊接质量与焊接效率、改善了劳动环境、减少预热次数、降低生产成本、具有很高的使用价值和经济效益。

Description

超窄间隙热丝TIG焊接方法

技术领域

本发明涉及海洋工程装备领域，特别涉及一种超窄间隙热丝TIG焊接方法，应用于大型海洋钢结构桩腿的焊接制造。

背景技术

在海洋工程装备领域中，桩腿是大型海洋钢结构(如自升式海洋石油钻井平台)的关键构件，其焊接质量将会直接影响到大型海洋钢结构的安全稳定性能。由于桩腿的焊接制造属于高强钢(Q690级)大厚板的焊接范畴(其中400ft自升式钻井平台桩腿窗户板厚度为82.55mm)，其焊接制造难度大、效率低。

传统工艺采用手工焊条电弧焊方法进行焊接制造，焊前需进行预热，采用多层多道进行焊接，产品稳定性差，返修率高，焊接周期长，劳动强度大，生产环境恶劣。为此，提出一种采用超窄间隙热丝TIG焊接方法(非熔化极惰性气体钨极保护焊)实现桩腿窗户板的高效焊接制作。但是在实际焊接制作时，实际试板的坡口加工状态和现场装配状况往往会造成打底焊接困难，产生侧壁熔合不良、焊缝成形差等情况。这就需要耗费大量的时间与精力进行打底焊与打底修补焊。因此，急需一种适用于窗户板超窄间隙热丝TIG打底焊接工艺技术，以此提升焊接制作效率。

为了实现窗户板全位置热丝TIG焊接的高效焊接制作，窗户板焊接采用超窄间隙形式的坡口和专用超窄间隙热丝TIG焊枪进行。图1为窗户板超窄间隙坡口的截面示意图，如图1所示，窗户板超窄间隙坡口截面之间的间隙为10mm，呈15°，母材10的宽度L2为82.55mm，衬垫板20的宽度L3为8mm。

然而在进行打底焊接时，以下因素会增大打底焊接的操作难度：第一，由于焊接采用超窄间隙坡口形式，坡口根部宽度为10-11mm，焊枪宽度为8mm，可调整空间非常小，使得实际观察和调整难度增大。

第二，为了实现窗户板的全位置焊接，采用热丝TIG进行焊接。由于该焊接方法的局限性，如钨极尖端与母材距离要求高(2-3mm)、焊接填充量小、热输入低等，使得打底焊接往往会出现侧壁熔合不良、焊缝区组织淬硬、焊道不连续、焊缝成形差等焊接缺陷，这就增大了打底焊接的难度。

第三，实际坡口加工状况以及现场装配状态也会增大打底焊接的操作难度。在进行坡口加工时，现场加工精度往往存在一定误差，在进行装配时，窗户板母材与衬垫板接触面凹凸不平，造成衬垫板与母材贴合不紧密，往往会存在1～2mm的装配间隙，会显著增大窗户板全位置热丝TIG打底焊接难度。

第四，由于窗户板焊接属于全位置焊接，这使得焊接难度大大提高。

第五，由于窗户板焊接属于高强钢焊接，焊接过程中如产生预热不足或热输入过低等情况，极易产生焊接裂纹以及淬硬组织等焊接问题，因此对焊接工艺提出了很高的要求。

为此，本发明提出了一种采用热丝TIG来实现窗户板超窄间隙全位置焊接的高效打底焊接方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统热丝TIG打底焊接操作难度高、加工精度差的缺陷，提供一种超窄间隙热丝TIG焊接方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特点在于，其包括以下步骤：

S₁、对窗户板试板坡口进行加工及焊前装配工作；

S₂、对所述窗户板试板进行预热；

S₃、进行超窄间隙热丝TIG焊接的打底焊焊道排布；

S₄、设置打底焊接工艺参数，进行打底焊接；

较佳地，所述步骤S₁中还包括以下步骤：

S₁₁、选用8mm厚的衬垫板，打磨所述窗户板试板坡口及近坡口表面30mm范围内的锈蚀和油污；

S₁₂、对所述窗户板试板坡口进行焊前装配；

S₁₃、将组对完成后的所述窗户板试板进行点焊固定。

较佳地，装配完成后的所述窗户板试板坡口根部的间隙为10mm-11mm，所述窗户板试板坡口表面间隙为12mm-13mm。

较佳地，所述衬垫板与所述窗户板之间的装配间隙小于等于1.5mm。

较佳地，所述步骤S₂中所述窗户板试板进行125-175℃预热。

较佳地，所述步骤S₃还包括以下步骤：

S₃₁、先对所述焊道的一侧进行根部焊接；

S₃₂、对所述焊道的另一侧进行根部焊接；

S₃₃、对已完成焊接的两侧焊道进行TIG不填丝焊道修形。

较佳地，所述步骤S₃₃中修形之后的焊缝呈凹形。

较佳地，所述打底焊接采用的焊丝直径为1.2mm，焊接时的送焊速度为850mm/min。

较佳地，所述打底焊接采用99.99％的氩气作为保护气体，钨极尖端与母材之间的间距为2.5mm。

较佳地，所述焊接电流为160A，电压为10V。

本发明的积极进步效果在于：

本发明超窄间隙热丝TIG焊接方法重点解决了窗户板超窄间隙热丝TIG焊接时，打底焊接困难、耗时长的问题，防止了焊接过程中极易产生的侧壁熔合不良、焊道不连续、焊缝成形差等焊接缺陷。从而实现了高效、高质量的窗户板超窄间隙打底焊接。并且提高了焊接质量与焊接效率、改善了劳动环境、减少预热次数、降低生产成本、具有很高的使用价值和经济效益。

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为窗户板超窄间隙坡口的截面示意图。

图2为本发明窗口板坡口的主视图。

图3为本发明窗口板坡口的左视图。

图4为图4中沿A-A线的剖视图。

图5为传统打底焊焊缝成形的截面示意图。

图6为本发明左侧根部焊接完成后焊道截面示意图。

图7为本发明右侧根部焊接完成后焊道截面示意图。

图8为本发明焊道修行之后的焊缝截面形貌示意图。

图9为本发明焊道修形时电弧行走的路径示意图。

图10为本发明矩形波电流的示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提出了一种超窄间隙热丝TIG焊接方法，其可以实现高强钢超窄间隙大厚板全位置高效打底焊接，适用于大型海洋钢结构(如自升式海洋石油钻井平台)桩腿的焊接制造领域。在实际大量焊接试验研究的基础上，分析总结了打底焊接时缺陷产生的原因及影响因素，并归纳总结了打底焊接技术要点，从而发明了一种最佳的高效、高质量的打底焊接方法。

图2为本发明窗口板坡口的主视图。图3为本发明窗口板坡口的左视图。图4为图4中沿A-A线的剖视图。

如图2至图4所示，本发明一种超窄间隙热丝TIG焊接方法包括以下步骤：

步骤一、对窗户板试板坡口进行加工及焊前装配工作。

在进行多次窗户板超窄间隙热丝TIG全位置焊接的模拟计算和试验之后，总结归纳焊接变形与收缩，设计窗户板坡口尺寸。如图2所示，选用8mm厚的衬垫板，材质选用Q345B。所述窗口板坡口的外径R1为222.25mm，宽度L1为82.55mm，厚度L4为38mm，坡口角度B为30°。在进行打磨所述窗户板试板坡口及近坡口表面30mm范围内的锈蚀和油污。装配完成之后，坡口根部间隙为10～11mm，坡口表面间隙为12～13mm，垫板与窗户板母材装配间隙小于等于1.5mm。将组对完成后的所述窗户板试板进行点焊固定，即可进行打底焊接。如图3和图4所示，所述窗户板试板的厚度L5为300mm，其两侧的坡口角度C为1°+0.5°。考虑到焊接过程中会产生焊接变形及坡口收缩，防止焊接过程中坡口变成葫芦形，即坡口根部间隙大于坡口表面间隙，造成焊接无法进行，设计坡口表面间隙比坡口根部间隙大2mm左右。同时避免了坡口表面间隙与根部间隙尺寸相差过大，降低焊接效率的问题。

此外，在进行衬垫板装配时，应当严格控制装配间隙尺寸，装配间隙越大，打底焊接时越容易产生侧壁根部熔合不良，打底焊接时的难度也越大。因此要求在进行衬垫板与窗户板母材装配时，要求间隙尺寸小于1.5mm，通过测量现场装配试件，这样可以满足此装配要求。

步骤二、对所述窗户板试板进行预热。

窗户板超窄间隙焊接采用的是Q690级高强钢。通常在焊接过程中产生冷裂和淬硬的倾向严重。因此，为了避免焊接过程中产生冷裂和淬硬组织，焊前需进行125～175℃预热。在焊接过程中，由于试板厚度大且TIG热输入低，当层间温度低于125℃时，应当及时补充预热，使层温处于125～175℃范围内。

步骤三、进行超窄间隙热丝TIG焊接的打底焊焊道排布。

在进行窗户板全位置热丝TIG打底焊接时，由于钨极尖端与母材距离近且范围小(例如2～3mm)，并且TIG焊接方法热输入低，使得在单道焊接时，熔敷金属量少，而且在进行试板装配时，衬垫板与窗户板母材之间存在的间隙δ为1～1.5mm。

图5为传统打底焊焊缝成形的截面示意图。如图5所示，采用传统焊接方法进行打底焊接时，往往会产生侧壁熔合不良的现象，焊缝21形成在母材10和衬垫板20之间。

图6为本发明左侧根部焊接完成后焊道截面示意图。图7为本发明右侧根部焊接完成后焊道截面示意图。图8为本发明焊道修行之后的焊缝截面形貌示意图。

本发明在采用上述坡口形式下，对打底焊道排布进行了重新设计，为实现高效高质量焊接，打底焊接共分三步进行。第一步，先将母材10和衬垫板20之间的焊道进行一侧(左侧或右侧)的根部焊接，焊接完成后，焊道截面形状如图6所示。

第二步，进行母材10和衬垫板20之间的焊道另一侧(右侧或左侧)的根部焊接，焊接完成后，焊道截面形状如图7所示。由上述图6和图7可见，焊接完成后焊缝成形效果不佳，会影响后续焊接质量，产生焊接缺陷。因此采取接下来的第三步。

第三步，为使打底焊道表面成形变成微凹形，对已焊接两侧焊道进行TIG不填丝焊道修形，修形之后的焊缝形貌变成微凹形，如图8所示，这样有利于实现后续高质量填充焊接。

图9为本发明焊道修形时电弧行走的路径示意图。图10为本发明矩形波电流的示意图。

步骤四、设置打底焊接工艺参数，进行打底焊接；

窗户板超窄间隙焊接采用的是Q690级高强钢，焊接过程中冷裂和淬硬倾向严重。为了避免焊接过程中产生冷裂和淬硬组织，焊前需进行125～175℃预热。然而在焊接过程中，由于试板厚度大、TIG热输入低，当层间温度低于125℃时，应当及时补充预热，使层温处于125-175℃范围内。

在进行窗户板全位置热丝TIG打底焊接时，焊丝采用直径为1.2mm的TIG专用焊丝，送丝速度为850mm/min，采用99.99％的氩气(Ar)作为保护气体，而钨极尖端与母材之间的间距2.5mm。在进行单侧打底焊接时，焊枪往待焊侧进行偏移，焊接过程钨极不摆动，焊接电流为160A，电压为10V，从而实现两侧壁根部熔合良好，完成两侧焊道的焊接。

焊接完成后，对已焊接的两侧焊道进行TIG不填丝焊道修形，使打底焊道表面成形变成微凹形。进行焊道修形时，焊枪位于坡口中间位置，钨极摇动，摇动角度为60°(左侧-30°，右侧30°)，钨极行走路径如图9所示。

此外，如图10所示，修形电流采用矩形脉冲电流，中间过渡位置采用基值电流160A，两侧熔融位置采用峰值电流260A，焊接电压为10A，从而快速完成打底焊接。

综上所述，本发明超窄间隙热丝TIG焊接方法与传统的热丝TIG打底焊接工艺相比，采用本发明中的高效打底焊接方法可以实现高效、高质量的窗户板超窄间隙打底焊接，从而提高生产效率、减少预热次数、降低生产成本，其具有很高的使用价值和经济效益。

本发明重点解决了窗户板超窄间隙热丝TIG焊接时，打底焊接困难、耗时长的问题。如焊接过程中极易产生侧壁熔合不良、焊道不连续、焊缝成形差等焊接缺陷，避免了需耗费大量时间与精力的打底焊接与打底修补焊接。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S₁、对窗户板试板坡口进行加工及焊前装配工作；

S₂、对所述窗户板试板进行预热；

S₃、进行超窄间隙热丝TIG焊接的打底焊焊道排布；

S₄、设置打底焊接工艺参数，进行打底焊接。

2.如权利要求1所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，所述步骤S₁中还包括以下步骤：

S₁₁、选用8mm厚的衬垫板，打磨所述窗户板试板坡口及近坡口表面30mm范围内的锈蚀和油污；

S₁₂、对所述窗户板试板坡口进行焊前装配；

S₁₃、将组对完成后的所述窗户板试板进行点焊固定。

3.如权利要求2所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，装配完成后的所述窗户板试板坡口根部的间隙为10mm-11mm，所述窗户板试板坡口表面间隙为12mm-13mm。

4.如权利要求2所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，所述衬垫板与所述窗户板之间的装配间隙小于等于1.5mm。

5.如权利要求1所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，所述步骤S₂中所述窗户板试板进行125-175℃预热。

6.如权利要求1所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，所述步骤S₃还包括以下步骤：

S₃₁、先对所述焊道的一侧进行根部焊接；

S₃₂、对所述焊道的另一侧进行根部焊接；

S₃₃、对已完成焊接的两侧焊道进行TIG不填丝焊道修形。

7.如权利要求6所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，所述步骤S₃₃中修形之后的焊缝呈凹形。

8.如权利要求1所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，所述打底焊接采用的焊丝直径为1.2mm，焊接时的送焊速度为850mm/min。

9.如权利要求8所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，所述打底焊接采用99.99％的氩气作为保护气体，钨极尖端与母材之间的间距为2.5mm。

10.如权利要求9所述的超窄间隙热丝TIG焊接方法，其特征在于，所述焊接电流为160A，电压为10V。