CN105562890A - 一种适用于小直径深盲孔的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于小直径深盲孔的焊接方法，步骤：a、设计专用焊枪；b、角焊缝处理；c、焊前处理与选择焊接材料；d、确定焊接工艺，焊接时，将深盲孔试样固定在工装平台上，调整焊枪倾角为5°～10°，对步骤c处理过的深盲孔进行堆焊，焊枪绕深孔中心旋转，螺旋朝深盲孔外部往上堆焊；本发明的优点在于：采用专用小直径深盲孔气体保护焊枪，能够实现更小孔径的深孔或深盲孔的焊接，并且保留气保焊的高效率和易操作性等；采用工件不动、焊枪无缠绕旋转形式，可实现深孔内壁的竖直堆焊，工作效率高且易于操作。

Description

一种适用于小直径深盲孔的焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种小直径深盲孔的内壁堆焊，具体地说是一种小直径深盲孔内壁的气保焊焊接工艺。
背景技术
小直径深孔的管内壁焊接技术主要用于各种石化换热器、核电压力容器和高速车辆传动装置上。近年来我国高速列车发展迅速，朝着广覆盖、高速度和轻量化等趋势发展，随着高速列车的产量和检修要求的提高，对产品的焊接质量、制造尺寸和性能等要求更加严格，同时动车组结构复杂、焊接量大，各级检修转向架构架经常性反复拆卸，在转向架螺纹检修过程不断地发现有构架牵引拉杆座M36与定位臂M16等深盲孔内螺纹存在牙型损伤情况，为确保动车组车辆的正常安全运行，对已损坏的深盲孔螺纹采用焊补后重新加工攻丝的工艺进行深盲孔螺纹修复。需要堆焊修复的小直径深盲孔内径约为20～50mm，孔的深宽比(H/D)大于1:1。针对深孔管内堆焊，孔径小、长度深，手工电弧焊接和普通气体保护焊接方法基本不适用。
国内针对深孔管内壁堆焊较为普遍的焊接工艺方法有3种，一种是直径50～300mm的孔内壁堆焊焊接设备，采用氩弧焊机头，细、长管为枪身，为了保证枪身刚度，其长度一般为2m以内，枪头钨极与枪身细管中心线成45°～90°，焊丝从侧面送入，所以焊枪伸入直径至少大于32mm，另外氩弧焊焊接电流小、效率低、堆焊层厚度小和焊接周期长等；另一种是直径300～500mm的孔内壁堆焊焊接设备，采用埋弧焊机头，设备行程较大，约为6～7m，但是埋弧焊接机头过大只适合于直径大于300mm的深孔管内壁堆焊；第三种则是直径80～300mm的孔内壁堆焊焊接设备，如专利号为CN201420608175.6的中国专利《一种小直径深孔气保焊枪》，采用气保焊机头，细、长管为枪身，在靠近焊枪头一端的枪身细管折弯成30°～60°，弯曲距离约为30～50mm，焊枪伸入直径至少大于50mm。
以上几种焊接工艺方法均不太适合于小直径深盲孔的堆焊，需要进行焊枪结构设计，TIG焊枪在保证堆焊层壁厚时，焊接电流和焊枪直径均较大导致焊枪无法进入深孔内；而在保证焊枪直径时，直径较小的氩弧焊枪导致效率低、焊接周期长、堆焊壁厚小和角焊缝焊不透等情况，所以不考虑TIG焊接工艺。根据MIG焊枪特点，研制专用小直径深孔气保焊枪、设计深孔角焊缝和选用匹配焊接材料以及合适的焊接工艺参数是可实现小直径深盲孔的管内壁堆焊。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对深孔的内径小而焊枪无法进入深孔和盲孔导致的保护气体在深孔内紊流的情况，提供一种高效率、易于操作的适用于小直径深盲孔的焊接方法，以解决目前高速列车转向架构架小直径深盲孔焊补修复的问题。
发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种适用于小直径深盲孔的焊接方法，其特征在于包括下列步骤：
a、设计专用焊枪：根据深盲孔的孔径和深宽比，利用小角度弯曲的导电嘴和变直径喷嘴研制小直径深盲孔气保焊枪，专用小直径深盲孔气保焊枪直径小于深盲孔的孔径，焊枪枪头长度大于深盲孔的深度；
b、角焊缝形式：深盲孔底部的角焊缝为钝角或圆弧过渡；
c、焊前处理与选择焊接材料：对深盲孔底面、内壁表面和孔边缘的油污与氧化皮杂质进行清理干净，然后预热100～200℃，再根据等强匹配原则选择TH550-NQ-Ⅱ焊丝和80％Ar+20％CO2富氩混合保护气；
d、确定焊接工艺：焊接电流为150～190A，焊接电压为26.8～28.0V，焊枪旋转速度为3.5～4.0mm.min-1，焊枪提升速度为0.12～0.2mm.min-1，保护气体流量15～20L.min-1，焊接时，将深盲孔试样固定在工装平台上不动，调整焊枪倾角为5°～10°，对步骤c处理过的深盲孔进行堆焊，焊枪绕深孔中心旋转，螺旋朝深盲孔外部往上堆焊，堆焊层高度不小于5mm；
作为优选，所述深盲孔试样为Q345钢或者SMA490耐候钢材质。
作为优选，所述深盲孔的孔径约为20～50mm，深宽比(H/D值)大于1:1。
再优选，所述专用小直径深盲孔焊枪的直径为13～20mm，焊枪枪头的长度为大于150mm。
最后，所述专用小直径深盲孔焊枪的导电嘴的弯曲角度为15°～20°。
与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)采用专用小直径深盲孔气体保护焊枪，能够实现更小孔径的深孔或深盲孔的焊接，并且保留气保焊的高效率和易操作性等；(2)本发明的焊接工艺方法，采用工件不动、焊枪无缠绕旋转形式，可实现深孔内壁的竖直堆焊，工作效率高且易于操作。
附图说明
图1是本发明实施例的焊接过程的结构示意图；
图2是本发明实施例3所得到的堆焊剖面图；
图中：1、专用小直径深孔焊枪，2、深盲孔试样，3、工装平台。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
一种适用于小直径深盲孔的焊接方法，选用Q345钢为试验对象，孔径约为40mm、深宽比(H/D值)为1:1的小直径深盲孔的管内壁堆焊。根据深盲孔的孔径和深宽比，利用小角度弯曲的导电嘴和变直径喷嘴研制小直径深盲孔气保焊枪，专用小直径深盲孔气保焊枪1的直径远小于深盲孔的孔径，为13～20mm，通常相差1～2倍，专用小直径深盲孔气保焊枪1的枪头长度远大于深盲孔的深度，为大于150mm，通常相差1～2倍，导电嘴的弯曲角度为15°～20°，具体步骤如下：
(a)焊前处理：对深盲孔试样2的深孔底面、内壁表面和孔边缘的油污与氧化皮等杂质清理干净后用丙酮洗净，预热150℃；
(b)角焊缝形式：深盲孔底部的角焊缝为钝角或圆弧过渡；
(c)根据等强匹配原则选择TH550-NQ-Ⅱ焊丝和80％Ar+20％CO2富氩混合保护气；
(d)设置焊接工艺参数：
焊接电流为150A，焊接电压为27.9V，焊枪旋转速度为3.99mm.min-1，焊枪提升速度为0.2mm.min-1，保护气体流量18L.min-1；
(e)调整专用小直径深盲孔气保焊枪1，倾角为5°，对步骤(a)处理过的深孔进行堆焊，深盲孔试样2固定在工装平台上3不动、专用小直径深盲孔气保焊枪1绕深孔中心旋转，螺旋朝深孔外部往上堆焊；堆焊层高度不小于5mm；
(f)对堆焊完成的深孔进行剖面组织观察和硬度分析。
实施例2：
一种适用于小直径深盲孔的焊接方法，选用SMA490耐候钢为试验对象，孔径为20mm、深宽比(H/D值)为2:1的小直径深盲孔的管内壁堆焊。根据深盲孔的孔径和深宽比，利用小角度弯曲的导电嘴和变直径喷嘴研制小直径深盲孔气保焊枪，专用小直径深盲孔气保焊枪1的直径远小于深盲孔的孔径，为13～20mm，通常相差1～2倍，专用小直径深盲孔气保焊枪1的枪头长度远大于深盲孔的深度，为大于150mm，通常相差1～2倍，导电嘴的弯曲角度为15°～20°，具体步骤如下：
(a)焊前处理：对深盲孔试样2的深孔底面、内壁表面和孔边缘的油污与氧化皮等杂质清理干净后用丙酮洗净，预热100℃；
(b)角焊缝形式：深盲孔底部的角焊缝为钝角或圆弧过渡；
(c)根据等强匹配选择TH550-NQ-Ⅱ焊丝和80％Ar+20％CO2富氩混合保护气；
(d)设置焊接工艺参数：
焊接电流为170A，焊接电压为27.3V，焊枪旋转速度为3.7mm.min-1，焊枪提升速度为0.15mm.min-1，保护气体流量18L.min-1；
(e)调整专用小直径深盲孔气保焊枪1，倾角为10°，对步骤(a)处理过的深孔进行堆焊，深盲孔试样2固定在工装平台上3不动、专用小直径深盲孔气保焊枪1绕深孔中心旋转，螺旋朝深孔外部往上堆焊；堆焊层高度不小于5mm；
(f)对堆焊完成的深孔进行剖面组织观察和硬度分析。
实施例3：
一种适用于小直径深盲孔的焊接方法，选用Q345钢为试验对象，孔径为50mm、深宽比(H/D值)为1.5:1的小直径深盲孔的管内壁堆焊。根据深盲孔的孔径和深宽比，利用小角度弯曲的导电嘴和变直径喷嘴研制小直径深盲孔气保焊枪，专用小直径深盲孔气保焊枪1的直径远小于深盲孔的孔径，为13～20mm，通常相差1～2倍，专用小直径深盲孔气保焊枪1的枪头长度远大于深盲孔的深度，为大于150mm，通常相差1～2倍，导电嘴的弯曲角度为15°～20°，具体步骤如下：
(a)焊前处理：对深盲孔试样2的深孔底面、内壁表面和孔边缘的油污与氧化皮等杂质清理干净后用丙酮洗净，预热200℃；
(b)角焊缝形式：深盲孔底部的角焊缝为钝角或圆弧过渡；
(c)根据等强匹配选择TH550-NQ-Ⅱ焊丝和80％Ar+20％CO2富氩混合保护气；
(d)设置焊接工艺参数：
焊接电流为190A，焊接电压为26.8V，焊枪旋转速度为3.5mm.min-1，焊枪提升速度为0.12mm.min-1，保护气体流量18L.min-1；
(e)调整专用小直径深盲孔气保焊枪1，倾角为10°，对步骤(a)处理过的深孔进行堆焊，深盲孔试样2固定在工装平台上3不动、专用小直径深盲孔气保焊枪1绕深孔中心旋转，螺旋朝深孔外部往上堆焊；堆焊层高度不小于5mm；
(f)对堆焊完成的深孔进行剖面组织观察和硬度分析，堆焊剖面图如图2所示。
利用本发明一种适用于小直径深盲孔的焊接工艺方法对上述三个实施例中的小直径深盲孔内壁堆焊接头进行焊后检测，未发现焊接裂纹、未焊透、夹杂等缺陷，堆焊接头的抗拉强度约为母材的90％，达到小直径深盲孔螺纹的焊补要求。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种适用于小直径深盲孔的焊接方法，其特征在于包括下列步骤：
a、设计专用焊枪：根据深盲孔的孔径和深宽比，利用小角度弯曲的导电嘴和变直径喷嘴研制小直径深盲孔气保焊枪，专用小直径深盲孔气保焊枪直径小于深盲孔的孔径，焊枪枪头长度大于深盲孔的深度；
b、角焊缝形式：深盲孔底部的角焊缝为钝角或圆弧过渡；
c、焊前处理与选择焊接材料：对深盲孔底面、内壁表面和孔边缘的油污与氧化皮杂质进行清理干净，然后预热100～200℃，再根据等强匹配原则选择TH550-NQ-Ⅱ焊丝和80％Ar+20％CO2富氩混合保护气；
d、确定焊接工艺：焊接电流为150～190A，焊接电压为26.8～28.0V，焊枪旋转速度为3.5～4.0mm.min-1，焊枪提升速度为0.12～0.2mm.min-1，保护气体流量15～20L.min-1，焊接时，将深盲孔试样固定在工装平台上不动，调整焊枪倾角为5°～10°，对步骤c处理过的深盲孔进行堆焊，焊枪绕深孔中心旋转，螺旋朝深盲孔外部往上堆焊，堆焊层高度不小于5mm。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述深盲孔试样为Q345钢或者SMA490耐候钢材质。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述深盲孔的孔径约为20mm～50mm，深宽比(H/D值)大于1:1。
4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述专用小直径深盲孔气保焊枪的直径为13～20mm，焊枪枪头的长度为大于150mm。
5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：所述专用小直径深盲孔气保焊枪的导电嘴的弯曲角度为15°～20°。
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