CN107598340A - 大厚板t型接头焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大厚板T型接头焊接方法，适用于立板厚度大于30mm的板。通过将焊枪位于大厚板T型接头中立板的两侧，打底焊时采用双面异步打底MAG焊，两个焊枪保持一定的弧间距，通过增大焊枪的热输入和减小弧间距实现根部全熔透，可实现窄间隙不清根的焊接。填充焊时采用双面同步填充MAG焊，两个焊枪同步，一方面提高了焊接速度，另一方面减小焊接角变形及残余应力。由于背面无需碳刨清根、无角变形以及预留间隙的减少，其焊缝金属填充量比传统焊接减少了40％以上，产品的一次合格率提高了40％，生产效率提高了5～10倍以上。

Description

大厚板T型接头焊接方法

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，具体地说，是一种大厚板T型接头焊接方法。

背景技术

我国是焊接大国但却不是焊接强国，究其原因是由于焊接自动化水平低，生产效率不高，焊接产品的质量受焊工技术水平影响大。随着工业生产和市场需求的飞速发展，越来越昂贵的人工成本、粗放式能源和材料的消耗以及由于焊接质量问题所造成的工件的返修和报废，都严重制约着我国焊接行业的发展。尤其是在大厚板T型接头焊接领域，传统的大厚板人工焊接一般采用非对称性坡口，进行焊前预热、正面焊接、背面碳刨打磨、背面再焊接等工序。工序繁琐复杂，工人工作环境恶劣，环境污染严重。焊后产品角变形量大，具有较大的残余应力，从而导致产品一次合格率低，生产周期长。

为了解决大厚板T型接头焊接效率低下、焊接变形、焊接材料消耗量大等缺点，目前大厚板不清根焊接逐步开始应用。但目前的大厚板T型接头不清根焊接一般采用无钝边K型对称45°坡口，根部预留有3～4mm的间隙。在实际生产中由于装配精度的影响，根部间隙公差很难控制在1～2mm的范围内，从而导致根部间隙很有可能变小；并且由于焊接方式为横焊，在焊接过程中由于焊缝收缩和重力的双重作用，原来预留的间隙会逐渐缩减为1～2mm，导致初始焊接电流的熔深未能将根部完全熔透，从而产生根部未熔合、未焊透、夹渣、气孔的缺陷。因此急需发展能够有效解决大厚板根部间隙收缩带来未焊透等问题的不清根焊接新技术。

现有技术中提出了一种针对大厚板高强钢的双面双弧焊新工艺：加工双V形坡口，焊前预热，打底焊采用异步的双面非对称双脉冲TIG焊，填充和盖面焊采用双面对称双MAG焊，最后后热。这种新的双面双弧焊是一种双电源型，即采用两台独立的焊接电源，焊接规范可单独调节，两把焊枪分别在工件两侧，打底焊时采用异步的双面双脉冲TIG焊，外送丝，为了防止过热，两把焊枪保持一定的弧间距；填充和盖面焊采用同步的双面双MAG焊，两焊枪保持对称，实现了双面双电弧焊接。通过该工艺可以免除清根工序，工序大大减少，焊接效率大大提高，一定程度上减小了焊后残余应力和变形。但是该新工艺仅适用于双V形坡口，在K型对称坡口中，打底双脉冲TIG焊难以将根部完全熔透，容易产生根部未熔合、未焊透、夹渣、气孔等焊接缺陷，同时该工艺中还需要预留有2～3mm的间隙，会增加焊接前期接头拼接的工作量，焊材使用量大，并且预留间隙同样可能会变小，会进一步加剧根部未熔合、未焊透、夹渣、气孔等焊接缺陷。

为此，针对大厚板T型接头拼板装配精度低、间隙难以控制、焊接效率低下、根部缺陷多的问题，提出一种高效、节能、低耗材的大厚板T型接头焊接方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效、节能、低耗材的大厚板T型接头焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种大厚板T型接头焊接方法，包括以下步骤：

T型接头采用对称K型坡口，其中T型接头根部间隙小于等于2mm，大厚板指立板的厚度大于等于30mm；

进行双面异步打底MAG焊，采用实心焊丝焊接，前焊枪和后焊枪分别设置在T型接头中立板的两侧，前焊枪和后焊枪的热输入均为1.08～1.70KJ/mm；且前焊枪和后焊枪的弧间距为12～30mm；

完成双面异步打底MAG焊后，进行双面同步填充MAG焊，两个MAG焊枪分别位于T型接头中立板的两侧，同时同步焊接。

在本发明中的热输入都是依据《AWS D1.1美国钢结构焊接规范》来计算。

进一步地，前焊枪的热输入大于后焊枪的热输入，前焊枪的电流大于后焊枪的电流。

进一步地，前焊枪的热输入为1.35～1.70KJ/mm单位之间，后焊枪的热输入为1.08～1.30KJ/mm单位之间。

进一步地，前焊枪的电流为290～350A之间，后焊枪的电流为260～300A之间。

进一步地，填充焊的热输入为0.65～0.76KJ/mm。

进一步地，还包括焊后热处理步骤，焊后热处理步骤包括将完成填充MAG焊后的T型接头在230℃以上保温2小时以上后，放入空气中冷却至室温。

进一步地，K型坡口的坡口角度为40～60度。

进一步地，T型接头的根部钝边不大于2mm。

综上所述，本发明中公开了一种大厚板T型接头焊接方法，适用于立板的厚度大于30mm的板，通过将焊枪位于大厚板T型接头中立板的两侧，采用双面异步打底MAG焊，两个焊枪保持一定的弧间距，通过增大焊枪的热输入和减小弧间距实现根部全熔透，可实现窄间隙不清根的焊接。填充焊时采用双面同步填充MAG焊，两个焊枪同步，一方面提高了焊接速度，另一方面减小焊接角变形及残余应力。由于背面无需碳刨清根、无角变形以及预留间隙的减少，其焊缝金属填充量比传统焊接减少了40％以上，产品的一次合格率提高了40％，生产效率提高了5～10倍以上。

本发明与现有技术相比的优点：

(1)前期工作量的减少：传统的大厚板T型接头在焊接过程中会产生焊缝收缩，通常需要焊接预变形。本方法无需预留间隙减少了前期拼板的工作量。同时由于根部没有间隙，焊接过程中根部收缩带来的变形量将极其小，所以无需预变形。

(2)更低的焊接成本：大厚板的多层多道焊在预留间隙时，会在无形中增加焊接道数，随着板厚的增加，道数增加的越为明显，焊材的使用量也就越多。本方法无需预留间隙，没有多余的焊道出现，减少了40％以上的焊材使用量，大大降低了生产成本。

(3)更高的力学性能：本方法采用双面双弧焊，具有较小的角变形。同时前电弧对后焊道有预热作用，后电弧对前焊道有回火作用，既改善了焊缝组织，又降低了残余应力，提高了焊缝的力学性能。

(4)更高的焊接效率：本方法采用双面双弧焊节约了焊接时间，降低了人工成本，焊接效率比传统焊接提高了5～10倍，产品的一次合格率提高了40％以上。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明所提供的T型接头坡口形式图；

图2为本发明所提供的双面异步打底MAG焊时的示意图；

图3a为本发明所提供的实施例1的填充焊道扫描电镜图；

图3b为本发明所提供的实施例1的打底焊后焊道扫描电镜图；

图3c为本发明所提供的实施例1的打底焊前焊道扫描电镜图；

图3d为本发明所提供的实施例1的根部焊道交汇处扫描电镜图；

图4为本发明所提供的实施例1的硬度分布图；

图5为本发明所提供的实施例2的硬度分布图。

元件标号如下：

10-立板

20-底板

31-前焊枪

32-后焊枪

S-根部间隙

T-立板厚度

M-坡口角度

具体实施方式

现在结合附图，详细介绍本发明的较佳实施方式。虽然本发明的描述将结合各个实施方式一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该几种实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”，是为了更好地描述本发明的较佳实施方式而设定的，不应理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种大厚板T型接头焊接方法，大厚板为立板的厚度T大于30mm的板，包括以下步骤：

如图1所示，T型接头采用对称K型坡口，T型接头根部不预留间隙(实际由于装配精度的影响，根部间隙S为0～2mm)，进行定位点焊，将立板10和底板20的相对位置固定；

随后如图2所示，进行双面异步打底MAG焊，采用实心焊丝焊接，前焊枪31和后焊枪32分别设置在待焊T型接头的立板10的两侧，前焊枪31和后焊枪32各自的热输入都在1.08～1.70KJ/mm，在本发明中的热输入都是依据《AWS D1.1美国钢结构焊接规范》来计算；且前焊枪31和后焊枪32的弧间距为12～30mm；

完成打底焊后，进行双面同步填充MAG焊，两个MAG焊枪分别位于待焊T型接头中立板10的两侧，同时同步焊接。

在打底焊时，通过将焊枪位于大厚板T型接头的两侧，采用双面异步打底MAG焊，两个焊枪保持一定的弧间距，通过增大焊枪的热输入和减小弧间距实现根部全熔透，前焊枪31的作用是直接将大厚板的根部熔透从而达到单面焊双面成型的效果。后焊枪32的作用是将根部完全熔合、熔透，并保证根部的气孔、夹杂浮出，从而实现不清根焊接。填充焊时采用双面同步填充MAG焊，两个焊枪同步，一方面提高了焊接速度，另一方面减小焊接角变形及残余应力。由于背面无需碳刨清根、无角变形以及预留间隙的减少，其焊缝金属填充量比传统焊接减少了40％以上，背面无需碳刨清根，无角变形，产品的一次合格率提高了40％，生产效率提高了5～10倍以上。

优选地，前焊枪31的热输入大于后焊枪的热输入，前焊枪的电流大于后焊枪32的电流。前焊枪31采用较大的电流和热输入，其目地是将根部完全熔透，从而达到单面焊双面成型的效果。打底后焊枪32采用较小的电流和热输入，一方面是防止将前焊道烧穿，另一方面是热输入低，可以避免晶粒严重长大产生魏氏组织。更优选地，前焊枪31的热输入为1.35～1.70KJ/mm，后焊枪32的热输入为1.08～1.30KJ/mm，前焊枪31的电流为290～350A，后焊枪32的电流为260～300A。

进一步地，填充焊中焊枪的热输入没有特殊的要求，可以根据实际焊接情况进行调节，优选地，填充焊的单个焊枪的热输入为0.65～0.76KJ/mm。

进一步地，由于大厚板刚度较大，在填充焊完成过后，还包括焊后热处理步骤，将T型接头在230℃以上保温2小时以上后，放入空气中缓慢冷却至室温，可以有效的避免出现冷裂纹。

进一步地，坡口角度过小会导致焊枪伸不到底部导致未溶透等焊接缺陷，坡口过大增加焊丝的填充量，本发明中优选坡口角度M为40～60度，在该范围内，既能方便焊枪伸到底部，又可以避免焊丝的填充量过大。更优选地，坡口角度M为45度。

进一步地，T型接头的钝边越小，越易于焊透，优选地，本发明中的T型接头根部钝边不大于2mm，在该范围内，焊枪可以充分焊透接头底部，免除碳刨清根。

下面结合具体的实施例来进一步解释本发明的技术方案：

实施例1

以板厚50mm的高强钢Q345B钢为例,，实现双面双MAG不清根焊接。立板板厚T为50mm，根部不预留间隙，85％Ar+15％CO₂混合气体保护，采用JM-56、Φ1.2mm实心焊丝。采用K型对称45°坡口，打底采用非对称异步MAG焊接，背面无需碳刨清根。填充焊采用对称同步MAG焊接。

1、焊前准备

焊接之前加工无钝边K型对称45°坡口；完成50mm厚的Q345BT型接头的拼板安装(根部不留间隙)、定位点焊；焊前去除坡口及周围20mm范围内的铁锈、油污。焊前预热到68℃。

2、双面异步打底MAG焊

打底焊前焊枪31的干丝长度为23mm，焊丝紧贴接头的根部，采用右焊法并且焊枪与底板20呈30°夹角。打底焊后焊枪32的焊丝与根部留有1mm左右的间隙，干丝长度和焊枪角度与前焊枪31均相同。两焊枪的弧间距为15～18mm。前焊枪31采用的焊接参数：电流为330～350A、电压为28～29V，焊接速度为6mm/sec。后焊枪32采用的焊接参数：电流为290～300A、电压为25～26V，焊接速度为6mm/sec。前焊枪31采用较大的电流，其目地是将根部完全熔透，从而达到单面焊双面成型的效果。打底后焊枪32采用较小的电流，一方面是防止将前焊道烧穿，另一方面是降低热输入，避免晶粒严重长大产生魏氏组织。打底焊前焊枪31起弧焊接2.5秒后，后焊枪32再起弧焊接，打底焊后保持层间温度130～150℃。

3、双面同步填充MAG焊

填充焊时采用多层多道的方法焊接，两个焊枪同时同步焊接，两枪的焊接参数为：干丝长度为20mm，层间温度150℃，电流为200～220A，电压为23～24V，焊接速度为7mm/sec。

4、焊后热处理：焊后230℃以上保温2h后，缓冷至室温。

焊后结果分析：

针对板厚50mm的高强钢Q345B钢的双面双MAG不清根焊接，焊接过程稳定，焊缝成形美观、良好，没有出现咬边、气孔等缺陷。焊后无损探伤MT、UT均合格，实现不清根焊接。焊后几乎无角变形，可以有效的保证连接支座的焊接精度。焊接接头具有典型的多层多道焊特征，焊层清晰明显且厚度均匀。根部焊道的熔合是在打底焊前弧焊道熔透的基础上后弧焊道再与前弧焊道进行良好的熔合，整个接头未出现气孔、夹渣、未熔合、裂纹等缺陷，焊缝成型美观、良好。

图3a)-3d)为焊缝区域的显微组织形貌。图3a)、图3b)分别为填充焊道和打底焊后焊道的微观组织形貌，由于前电弧对后焊道有预热作用且在细晶元素的作用下，填充焊道和打底焊后焊道的组织主要为针状铁素体和少量的先共析铁素体，部分先共析铁素体在后续焊道的回火作用下含量减少，针状铁素体含量增多。相邻两个针状铁素体间呈大倾角晶界并含有高密度的位错，因而具有较高的止裂能力和冲击韧性。图3c)所示的是打底焊前焊道的组织，由于接头根部是非对称双面双弧焊接，在打底焊后焊道二次热作用下，根部前焊道的冷却速度减慢，中温贝氏体转变温度范围停留时间增加，发生了铁原子不扩散而碳原子扩散的半扩散型相变，前弧焊道的组织为针状铁素体和粒状贝氏体以及少量的下贝氏体。由图3d)可见，在根部焊道的交汇处，前弧焊道的部分焊道被后焊道熔掉，在重新结晶过程中停留在下贝氏体转变温度范围的时间变长，所以越靠近后弧焊道与前弧焊道的交汇处，下贝氏体的含量越增多。整个接头的熔合区和粗晶区皆为强韧性良好的板条马氏体和针状铁素体，未出现片状马氏体和魏氏组织。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于前焊枪31采用的焊接参数：电流为290～340A、电压为28～29V，焊接速度为6mm/sec。后焊枪32采用的焊接参数：电流为290～340A、电压为28～29V，焊接速度为6mm/sec。其他工艺条件与实施例1相同。

测试结果

依据《AWS D1.1美国钢结构焊接规范》标准对实施例1-2的焊接接头拉伸性能、冲击性能和硬度进行了测试，具体数值见表1和表2以及图4和图5

表1拉伸试验结果

表2冲击试验结果

从表1和表2以及图4和图5可以表明通过本发明提供的焊接方法得到的焊接接头具有较高的抗拉强度，拉伸试样断裂的位置均位于母材处。接头冲击性能良好，平均硬度值达到216.9HV以上，均符合标准的要求。

综上所述，本发明中公开了一种大厚板T型接头焊接方法，适用于立板厚度大于30mm的板，通过将焊枪位于大厚板T型接头的两侧，打底焊时采用双面异步打底MAG焊，两个焊枪保持一定的弧间距，通过增大焊枪的热输入和减小弧间距实现根部全熔透，可实现窄间隙不清根的焊接。填充焊时采用双面同步填充MAG焊，两个焊枪同步，一方面提高了焊接速度，另一方面减小焊接角变形及残余应力。由于背面无需碳刨清根、无角变形以及预留间隙的减少，其焊缝金属填充量比传统焊接减少了40％以上，背面无需碳刨清根，无角变形，产品的一次合格率提高了40％，生产效率提高了5～10倍以上。

上述的说明是本发明中具体实施方式的实施例，用于更清楚地说明本发明的发明构思，但其并非是用于对本发明的权利要求范围的限定。根据本发明的发明构思，本领域技术人员能够容易地变型和修改上述的实施例，这些属于本发明的发明构思内的变型和修改均包含在本发明后附的权利要求的范围之内。

Claims (8)

1.一种大厚板T型接头焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

T型接头采用对称K型坡口，其中所述T型接头的根部间隙小于等于2mm，所述大厚板指立板的厚度大于等于30mm；

进行双面异步打底MAG焊，采用实心焊丝焊接，前焊枪和后焊枪分别设置在所述T型接头中立板的两侧，所述前焊枪和所述后焊枪的热输入均为1.08～1.70KJ/mm；且所述前焊枪和所述后焊枪的弧间距为12～30mm；

完成所述双面异步打底MAG焊后，进行双面同步填充MAG焊，两个MAG焊枪分别位于所述T型接头中立板的两侧，同时同步焊接。

2.根据权利要求1所述的大厚板T型接头焊接方法，其特征在于，所述前焊枪的热输入大于所述后焊枪的热输入，所述前焊枪的电流大于所述后焊枪的电流。

3.根据权利要求2所述的大厚板T型接头焊接方法，其特征在于，所述前焊枪的热输入为1.35～1.70KJ/mm，所述后焊枪的热输入为1.08～1.30KJ/mm。

4.根据权利要求2所述的大厚板T型接头焊接方法，其特征在于，所述前焊枪的电流为290～350A，所述后焊枪的电流为260～300A。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的大厚板T型接头焊接方法，其特征在于，所述填充焊的单个焊枪的热输入为0.65～0.76KJ/mm。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的大厚板T型接头焊接方法，其特征在于，还包括焊后热处理步骤，所述焊后热处理步骤包括将完成所述填充MAG焊后的所述T型接头在230℃以上保温2小时以上后，放入空气中冷却至室温。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的大厚板T型接头焊接方法，其特征在于，所述K型坡口的坡口角度为40～60度。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的大厚板T型接头焊接方法，其特征在于，所述T型接头的根部钝边不大于2mm。