CN107775147B - 基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，将焊枪伸入钢管内部对钢管的对接处进行全位置焊接，焊接方向为从对接处的内圆的顶点开始、在两侧分别沿顺时针和逆时针方向焊接到该内圆的底部，其中，当焊接位置到所述顶点的弧度分别在0～π/3、大于π/3且小于等于2π/3、以及大于2π/3且小于等于π的范围内时，分别采用前倾焊法、前倾焊法、以及后倾焊法，且所述焊枪的倾斜角度分别被控制在0～10°、20～40°、以及10～30°的范围内。本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，通过在操作过程中不同点位采用差异化的焊枪操作方式，在实现焊接熔滴短路过渡模式条件下保证了钢管全位置封底焊接质量。

Description

基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法
技术领域
本发明涉及一种基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法。
背景技术
在焊接施工中，首先对两个坡口进行封底，然后将所组对好的焊件采用其它焊接方法实施热焊、填充及盖面等，完成焊接。虽然封底焊接只是进行一层焊缝的焊接，而它在焊接施工中却是重要第一道工序，它的质量和速度影响施工进度。特别是在长输管道的施工中尤为重要。所以在保证质量的前提下，提高封底焊接的整体运行速度，在焊接施工中是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，能够保证封底焊接的质量。
本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，将焊枪伸入钢管内部对钢管的对接处进行全位置焊接，焊接方向为从对接处的内圆的顶点开始、在两侧分别沿顺时针和逆时针方向焊接到该内圆的底部，其中，当焊接位置到所述顶点的弧度在0～π/3的范围内时，采用前倾焊法，且所述焊枪的倾斜角度被控制在0～10°的范围内；当焊接位置到所述顶点的弧度在大于π/3且小于等于2π/3的范围内时，采用前倾焊法，且所述焊枪的倾斜角度被控制在20～40°的范围内；当焊接位置到所述顶点的弧度在大于2π/3且小于等于π的范围内时，采用后倾焊法，且所述焊枪的倾斜角度被控制在10～30°的范围内。
优选地，还包括在焊接之前对钢管的对接处开坡口，所述坡口的钝边的厚度为0.5～1.5mm。
优选地，钢管对接处的间隙为0.3～1.0mm。
优选地，焊接的材料为气体保护实芯焊丝，保护气体为氩气、二氧化碳气和氧气的混合气体，其中，氩气的含量为70～85％、二氧化碳气的含量为10～20％、氧气的含量为5～10％。
优选地，将所述焊丝的伸出长度控制在所述焊丝的直径的9～15倍的范围内。
本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，通过焊接接头形式设计以及优化的焊接保护气体配比，同时在操作过程中不同点位采用差异化的焊枪操作方式，在实现焊接熔滴短路过渡模式条件下保证了钢管全位置封底焊接质量。
附图说明
图1为本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法中一个焊接位置时焊枪的倾斜方式示意图；
图2为本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法中另一个焊接位置时焊枪的倾斜方式示意图；
图3为本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法中又一个焊接位置时焊枪的倾斜方式示意图；
图4为本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法中坡口钝边和组对间隙的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。
本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，需要将焊枪伸入钢管内部对钢管的对接处进行全位置焊接，如图1～3所示，焊接方向为从对接处的内圆的顶部开始、分别沿顺时针和逆时针方向将内圆的两侧进行焊接，一直焊接到内圆的底部，即图中的箭头方向。由于重力作用的影响，不同焊接位置熔滴过渡方式将有所不同。为了保证在一定的焊接工艺规范范围内钢管内部封底焊缝成型质量，全位置焊接不同点位焊枪倾斜方式不同。
如图1所示，当焊接位置到内圆顶点的弧度在0～π/3的范围内时，即当焊接方向为顺时针方向时的弧AB的位置范围、以及当焊接方向为逆时针方向时的弧AB’的位置范围。在该位置范围内，采用前倾焊法，即焊枪相对于焊接位置的圆周法线(图中双点划线)向着焊接方向倾斜(即焊枪比圆周法线更靠近箭头方向)，且焊枪与焊接位置的圆周法线的夹角为0～10°(即倾斜角度为0～10°)，即α1的范围需要控制在0～10°。图1仅示出了焊接方向为顺时针方向的夹角α1，当焊接方向为逆时针方向时，焊枪的位置与图中所示的位置左右对称。
当焊接位置到内圆顶点的弧度在0～π/3的范围内时，焊接熔滴与熔池受到重力作用向下收缩，焊缝不容易熔透，较小的焊枪倾角有利于拖住焊接熔池，在焊接熔滴表面张力的共同作用下，克服重力的不利作用，保证焊缝熔透。如果焊枪倾角太大，电弧吹力无法拖住焊接熔池。
如图2所示，当焊接位置到所述顶点的弧度在大于π/3且小于等于2π/3的范围内时，即当焊接方向为顺时针方向时的弧BC的位置范围、以及当焊接方向为逆时针方向时的弧B’C’的位置范围。在该位置范围内，采用前倾焊法，即焊枪相对于焊接位置的圆周法线(图中双点划线)向着焊接方向倾斜(即焊枪比圆周法线更靠近箭头方向)，且焊枪与焊接位置的圆周法线的夹角为20～40°，即α2的范围需要控制在20～40°。图2仅示出了焊接方向为顺时针方向的夹角α2，当焊接方向为逆时针方向时，焊枪的位置与图中所示的位置左右对称。
当焊接位置到所述顶点的弧度在大于π/3且小于等于2π/3的范围内时，液态熔池有沿着焊接方向向下流淌的倾向，将焊枪倾角增加到较大的角度，即可以有效控制熔池的这种下淌倾向，有保证了焊缝成型质量。但如果焊枪倾角过大，焊缝容易出现不均匀凹陷或烧穿。
如图3所示，当焊接位置到所述顶点的弧度在大于2π/3且小于等于π的范围内时，即当焊接方向为顺时针方向时的弧CD的位置范围、以及当焊接方向为逆时针方向时的弧C’D的位置范围。在该位置范围内，采用后倾焊法，即焊枪相对于焊接位置的圆周法线(图中双点划线)向着焊接方向的相反方向倾斜(即圆周法线比焊枪更靠近箭头方向)，且焊枪与焊接位置的圆周法线的夹角为10～30°，即α3的范围需要控制在10～30°。图3仅示出了焊接方向为顺时针方向的夹角α3，当焊接方向为逆时针方向时，焊枪的位置与图中所示的位置左右对称。
当焊接位置到所述顶点的弧度在大于2π/3且小于等于π的范围内时，在熔滴表面张力和重力共同作用下有烧穿倾向，采用焊枪后倾一定角度的方式，较小了电弧熔透能力，能够避免焊缝烧穿，有利于控制焊缝在平焊位置的成型。如果后倾角度过大，则可能出现未焊透缺陷。
本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，在钢管全位置焊接的不同点位，通过焊枪操作方式的优化，最大限度的保证了焊接质量，避免了可能出现的焊接缺陷
此外，在焊接之前对钢管的对接处开坡口，如图4所示，优选地，坡口的钝边的厚度h为0.5～1.5mm，采用单V型或复合V型坡口，坡口角度不做要求。同时，钢管对接处的间隙(即组对间隙)d的范围应控制在0.3～1.0mm之内。
由于采用钢管内部封底焊接，焊接电弧直接从钢管背面作用在坡口钝边位置，所以，坡口钝边尺寸与组对间隙的合理组合非常重要，在合适的组合范围内，熔滴金属在电弧吹力和表面张力的共同作用下顺利过渡到焊接坡口区域填充间隙，同时完成边缘熔合，形成完整无缺陷的焊缝。如果坡口钝边过小(小于0.5mm)，脉冲电弧吹力将在焊接区域形成烧穿缺陷。如果坡口钝边过大(2mm以上)，由于短路过渡模式下电弧熔透能力相对较弱，容易形成未焊透缺陷。组对间隙太小或不预留间隙，同样形成未焊透缺陷。如果组对间隙太大(超过1.5mm)，一者可能出现焊接区域烧穿，再者形成短路过渡模式下的左右边缘搭桥焊接，既不能保证焊接质量，又降低了焊接效率。
优选地，焊接的材料为气体保护实芯焊丝，保护气体为氩气、二氧化碳气和氧气的混合气体，其中，氩(Ar)气的体积百分比为70～85％、二氧化碳(CO2)气的体积百分比为10～20％、氧(O2)气的体积百分比为5～10％。
如果保护气体中惰性气体成分(Ar)过高，则焊缝熔深不均匀、易出现焊缝边缘咬边缺陷；如果保护气体中活性气体成分(CO2和O2)过高，则会出现焊接飞溅增大以及焊接过程不稳定的问题，同时焊缝表面过量氧化会造成其综合性能的降低。
本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法中，以Ar为主的电弧能量密度较低，电弧相对稳定，保护效果良好。添加活性气体CO2主要基于克服纯氩弧焊时熔滴表面张力与粘度大、短路过渡不稳定以及容易产生咬边和焊道偏移的弱点。适量添加O2的作用主要是改变保护气氛中的氧化势，避免焊接过程中CO2分解为CO气体产生急剧爆裂引起焊接飞溅与气孔，保证脉冲短路过渡焊缝成型质量。
本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，通过焊接接头形式设计以及优化的焊接保护气体配比，在实现熔滴短路过渡焊接条件下能够保证钢管全位置封底焊接质量。
进一步优选地，在焊接过程中，将所述焊丝的伸出长度(即电弧长度)控制在焊丝的直径的9～15倍的范围内。
如果电弧长度太短，焊接过程中容易出现粘丝，进而形成短路，最终断弧。如果电弧长度太长，在一定的焊接工艺参数范围内电弧稳定性变差，此时如果为了稳定电弧而调节焊接工艺参数，熔滴过渡方式可能从短路过渡变为喷射过渡，不适合进行钢管首道封底焊接。因此，保持本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法中的电弧长度，能够保证整个焊接过程基于短路过渡模式，从而保证封底焊接的质量。
本发明的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，通过焊接接头形式设计以及优化的焊接保护气体配比，同时在操作过程中不同点位采用差异化的焊枪操作方式，在实现焊接熔滴短路过渡模式条件下保证了钢管全位置封底焊接质量。
以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，其特征在于，将焊枪伸入钢管内部对钢管的对接处进行全位置焊接，焊接方向为从对接处的内圆的顶点开始、在两侧分别沿顺时针和逆时针方向焊接到该内圆的底部，其中，
当焊接位置到所述顶点的弧度在0～π/3的范围内时，采用前倾焊法，且焊枪与焊接位置的圆周法线的夹角被控制在0～10°的范围内；
当焊接位置到所述顶点的弧度在大于π/3且小于等于2π/3的范围内时，采用前倾焊法，且焊枪与焊接位置的圆周法线的夹角被控制在20～40°的范围内；
当焊接位置到所述顶点的弧度在大于2π/3且小于等于π的范围内时，采用后倾焊法，且焊枪与焊接位置的圆周法线的夹角被控制在10～30°的范围内。
2.根据权利要求1所述的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，其特征在于，还包括在焊接之前对钢管的对接处开坡口，所述坡口的钝边的厚度为0.5～1.5mm。
3.根据权利要求2所述的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，其特征在于，钢管对接处的间隙为0.3～1.0mm。
4.根据权利要求1所述的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，其特征在于，焊接的材料为气体保护实芯焊丝，保护气体为氩气、二氧化碳气和氧气的混合气体，其中，氩气的含量为70～85％、二氧化碳气的含量为10～20％、氧气的含量为5～10％。
5.根据权利要求4所述的基于短路过渡模式的钢管对接的封底焊接方法，其特征在于，将所述焊丝的伸出长度控制在所述焊丝的直径的9～15倍的范围内。
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