CN107755862A - 一种串联电极双面埋弧焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明焊接方法利用二至三个电极组成串联电极组，通过设置串联电极组中各电极的焊接参数，各电极之间相互位置关系，焊接钢板的坡口尺寸以及合理的拼装及焊接顺序，实现了中厚板双面单道次焊透，焊接前无需打底，翻面时无需清根。

Description

一种串联电极双面埋弧焊方法

技术领域

本发明属于焊接领域，尤其涉及中厚板的双面单道次埋弧焊接方法。

背景技术

现代造船、建筑、桥梁等钢结构制造基本采用焊接方法进行连接，随着钢材制造水平的不断提高，钢板厚度不断提高，采用传统的多层多道焊接已不能满足高效焊接制造的要求，因此，各种适用于中厚板的高效焊接方法得到发展。FCB法采用三丝埋弧焊接方法，能够实现单面单道次焊接，但其需要在钢板反面坡口处加以铜衬垫，铜衬垫下方紧密铺好焊剂，操作繁琐，且对铜衬垫的安装及焊剂的铺设要求高，而且单道次的焊接往往会带来焊接热输入超过钢板承受能力，导致焊接热区强度与韧性不足的问题；气电立焊(EGW)和电渣焊(ESW)采用立焊的方法，能够对厚度达80mm厚的钢板一次性焊接成型，但该两种方法无法用于平焊，且其大焊接热输入同样会恶化焊接热区性能；另外，还有多种双面埋弧焊接方法焊接中厚板的，如专利CN102000901B所述的中厚板X形坡口埋弧焊焊接工艺，采用双面多层多道焊，该方法能够获得优异的焊接接头性能，但焊接效率低；又如专利CN105728911A所述的管线钢制管焊接工艺，采用多丝(四丝)埋弧焊接方法对钢板进行双面焊接，焊前需要进行预焊，增加了工序的复杂性，而且所焊钢板为12～15mm，不能应用于厚板。而在常规双面埋弧焊接中，焊接反面时由于无法保证根焊焊透而一般需要进行清根处理，清根容易造成局部增碳影响性能，而且清根噪音大，烟尘重，清根后需要打磨，加大了工作量，且工作环境恶劣。

本发明通过匹配焊接参数及焊接装配，可实现对中厚板进行双面单道次焊接，且焊接反面前无需清根处理，在保证焊接质量的同时提高焊接效率，工作环境优良，且避免了单道次焊透全板焊接热输入过大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中厚板的双面单道次埋弧焊接方法，以解决传统焊接方法效率低下问题，并解决目前已有高效焊接方法中的焊接工序复杂，焊接热输入过高，以及常规双面焊接需清根的问题，达到工序简单(直接拼装可焊，无需清根打磨)，焊接高效(正反面各焊接一道次)，环境友好(无清根噪音及烟尘污染)的目的。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种串联电极双面埋弧焊接方法，其特征在于：

1)串联电极中，第1电极(1)主要作用为焊接熔深，因此采用直流焊接。由于第1电极(1)所焊接位置为坡口间断，较细的焊丝更有利于提高电流密度，达到更大的熔深，因此采用直径为3.2～4.8mm的焊丝，焊接电流设置为750～1500A，焊接电压设置为24～30V。同时为达到免于清根同时保证焊透的效果，焊接电流需满足下式条件：

±20

I_2F＝1.1×I_1F；

采用拖焊形式，可以使相同焊接条件下得到更大的熔深，因此设置第1电极(1)后倾角α设置为5～15°；

第1电极(1)以后的电极的作用为填充坡口及盖面，因此第2(3)及第3(4)电极采用交流焊接，并采用直径为4.0～6.4mm的焊丝，焊接电流设置 为600～1200A，焊接电压设置为28～36V；同时，设置第2电极(3)前倾角β-5～15°及第3电极(4)前倾角γ0～15°是为了保证焊缝具有良好的成型；

为保证在不同焊接电流下焊接时不会影响导电嘴(2)正常工作，设置焊丝伸出导电嘴(2)25～40mm；

为保证所有电极焊接时形成一个焊接熔池(7)，各电极间的距离不宜过大，距离过小也会导致电极间的相互干扰，因此，设置第1、第2、第3电极焊丝端部相距15～30mm；

焊接速度设置为500～1500mm/min；

上述串联电极组的位置关系如图1所示。

2)为满足前述串联电极组焊接时能够达到应有效果，所焊钢板的坡口尺寸及拼装方式应满足：正面坡口角度35～55°，反面坡口角度40～60°，钝边8～12mm，拼装间隙0.5～3.0mm。

3)采用前述串联电极组进行焊接时，包含下述步骤：

①钢板(5)清理，去除坡口及坡口两侧油污、铁锈及水分等；

②采用夹具机械固定，保留间隙后在反面进行点焊固定并焊接引弧板、收弧板；

③进行正面焊接：第1电极(1)在引弧板上引弧，引燃后第2(3)、第3(4)电极顺序起弧，焊接完成后在收弧板收弧；

④进行反面焊接：第1电极在(1)引弧板上引弧，引燃后第2(3)、第3(4)电极顺序起弧，焊接完成后在收弧板收弧；

⑤清理焊后钢板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)双面单道次焊接，即正反面各一道次焊接的形式相比多层多道焊大大提高了焊接效率，节省施工时间；相比一道次成型的方法更好控制了焊接热输入在较低范围，保证焊接热区性能；

2)第1电极焊接电流依据焊接速度、钝边、间隙以及焊丝尺寸而定，保证焊接具有较好熔深的同时免于反面焊接前清根处理，节约了大量时间，同时免去了清根作业带来的噪音污染和烟尘污染；

3)本发明焊接方法工序简单、焊接高效、环境友好。

字符说明：

I_1F,U_1F—正面焊第1电极焊接电流(A)，电压(V)；

I_2F,U_2F—反面焊第1电极焊接电流(A)，电压(V)；

I_1S,U_1S—正面焊第2电极焊接电流(A)，电压(V)；

I_2S,U_2S—反面焊第2电极焊接电流(A)，电压(V)；

I_1T,U_1T—正面焊第3电极焊接电流(A)，电压(V)；

I_2T,U_2T—反面焊第3电极焊接电流(A)，电压(V)；

D_F—第1电极焊丝直径(mm)；

D_S—第2电极焊丝直径(mm)；

D_T—第3电极焊丝直径(mm)；

v₁—正面焊接速度(mm/min)；

v₂—反面焊接速度(mm/min)；

p—钝边尺寸(mm)；

g—间隙尺寸(mm)；

G₁—正面坡口角度(°)；

G₂—反面坡口角度(°)；

α—第1电极焊枪后倾角(°)；

β—第2电极焊枪前倾角(°)；

γ—第3电极焊枪前倾角(°)；

l_F—第1电极焊丝焊丝伸出导电嘴长度(mm)；

l_S—第2电极焊丝焊丝伸出导电嘴长度(mm)；

l_T—第3电极焊丝焊丝伸出导电嘴长度(mm)；

s_FS—第1、2电极端部距离(mm)；

s_ST—第2、3电极端部距离(mm)。

附图说明：

图1为串联电极组示意图；

图2为焊接钢板坡口尺寸及拼装示意图。

具体实施方式

以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：

焊接母材为20mm厚钢板，按表1参数进行坡口加工并进行拼装，采用两电极串联成焊接电极组，其组装参数按表2进行，钢板焊接时焊接参数按表3设置。

表1 焊板坡口及装配参数

表2 串联电极组参数

表3 20mm厚钢板焊接工艺参数

实施例2：

焊接母材为35mm厚钢板，按表4参数进行坡口加工并进行拼装，采用三电极串联成焊接电极组，其组装参数按表5进行，钢板焊接时焊接参数按表6设置。

表4 焊板坡口及装配参数

表5 串联电极组参数

表6 35mm厚钢板焊接工艺参数

实施例3：

焊接母材为50mm厚钢板，按表7参数进行坡口加工并进行拼装，采用三电极串联成焊接电极组，其组装参数按表8进行，钢板焊接时焊接参数按表9设置。

表7 焊板坡口及装配参数

表8 串联电极组参数

表9 50mm厚钢板焊接工艺参数

以上焊板经X射线及超声波检测，均未发现焊接缺陷，焊接工艺能够满足厚板的焊接要求。

Claims (3)

1.一种串联电极双面埋弧焊接方法，其特征在于：

由两个或三个电极串联成焊接电极组，按位置前后称为第1电极、第2电极和第3电极；

第1电极采用直流焊接，焊丝直径(D_F) 3.2~4.8mm，焊枪后倾角(α) 5~15°，焊接电流(I_1F) 750~1500A，焊接电压(U_1F, U_2F) 24~30V；

其中，正面焊接时：焊接电流(I_1F)=[焊接速度(v₁)×钝边尺寸(p)/间隙(g)]^1/2×π×(D_F/2)²±20，反面焊接时，焊接电流(I_2F)=1.1×I_1F；

第2和第3电极采用交流焊接，焊丝直径(D_S)为4.0~6.4mm，第2电极前倾角(β) -5~15°，第3电极前倾角(γ) 0~15°，焊接电流(I_1S, I_2S, I_1T, I_2T) 600~1200A，焊接电压(U_1S, U_2S,U_1T, U_2T) 28~36V；

焊丝伸出导电嘴(l) 25~40mm，相邻焊丝端部相距距离(s_FS, s_ST) 15~30mm；

焊接速度(v₁, v₂)为500~1500mm/min。

2.如权利要求1所述的串联电极双面埋弧焊接方法，正面坡口角度(G₁) 35~55°，反面坡口角度(G₂) 40~60°，钝边(p) 8~12mm，钝边间隙(g) 0.5~3.0mm。

3.如权利要求1所述的串联电极双面埋弧焊接方法，其焊接步骤如下：

① 钢板清理，去除坡口及坡口两侧油污、铁锈及水分等；

② 采用夹具机械固定，保留间隙后在反面进行点焊固定；

③ 进行正面焊接：第1电极(1)在引弧板上引弧，引燃后第2(3)、第3(4)电极顺序起弧，焊接完成后在收弧板收弧；

④ 进行反面焊接：前第1电极(1)在引弧板上引弧，引燃后第2(3)、第3(4)电极顺序起弧，焊接完成后在收弧板收弧；

⑤ 清理焊后钢板。