CN107813036A - 一种中厚板双丝双面单道埋弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中厚板双丝双面单道埋弧焊接方法，通过调整优化双丝的倾斜角度，双丝之间的相互位置关系、焊接参数，钢板的坡口尺寸及拼装，实现中厚板双丝埋弧双面单道次焊接，焊前无需打底，反面无需清根，坡口加工简便，提高生产效率，焊接环境好。

Description

一种中厚板双丝双面单道埋弧焊接方法

技术领域

本发明属于船舶高效焊接领域，尤其涉及船舶建造过程中水平分段拼装工序中厚板的双面单道次埋弧焊接方法。

背景技术

由于船舶制造，海洋工程，压力容器的设备的重型化，大型化的发展趋势日益明显，使得中厚板对焊接的应用越来越普遍，这造成了焊接工作量的大幅增加，同时随着人工劳动成本的增加，因此对焊接生产效率的要求越来越高，高效焊接技术已成为现代制造业的关键技术之一。

目前针对于中厚板的焊接主要采用主要有以下几种：

①单丝埋弧焊针对于中厚板单丝埋弧焊，需要多道多层进行施焊，为了保证全焊透，需要加工Y型或者X型坡口，同时需要进行打底焊接，且反面焊接时要进行碳弧气刨清根，存在着生产效率低，劳动强度大，劳动环境差等缺点，已不能满足现代高效焊接的要求。

②多丝埋弧焊，传统的多丝埋弧焊接方法，如专利文献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，能够得到性优异的焊接接头，但是生产效率低下，不能满足目前高效生产的需求。

③FCB法采用双丝或三丝埋弧焊接方法，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。

为了解决上述难题，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，25mm以下厚度钢板无需开坡口且焊接反面需清根处理，坡口加工简单快捷，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高效双电极埋弧焊接方法，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前处理及焊接工序复杂，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，无需打底清根打磨)，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：

一种中厚板高效双电极埋弧焊接方法，其特征在于：

1)本发明的双电极中，第1电极(F)主要作用为焊接熔深，因此采用直流焊接。由于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(D_F)为3.2～4.8mm的焊丝，正面焊接电流I_1F设置为750～1500A，反面焊接电流I_2F＝(1.1～1.5)I_1F，焊接电压(U_1F,U_2F)设置为30～45V，能够达到免于清根的同时保证焊透的效果。

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

第2电极(S)的作用为填充坡口及盖面，因此第2电极(S)采用交流焊接，并采用直径(D_S)为4.0～6.4mm的焊丝，焊接电流(I_1S，I_2S)为600～1200A，焊接电压(U_1S，U_2S)为30～45V；同时，第2电极前倾角β为-5～0°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正常工作，设置焊丝伸出导电嘴长度(L_F,L_S):30～45mm。

为保证所有电极焊接时形成一个焊接熔池，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，两电极焊丝端部相距W15～35mm；

焊接速度设置为v：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且焊接变形小，所焊钢板的坡口尺寸及拼装方式应满足：

①当钢板厚度t≤25mm时，采用I型坡口，坡口间隙0～1.0mm。如图2所示。

②当钢板厚度25mm＜t≤35mm时，采用Y型坡口，正面坡口角度45～60°，坡口钝边8-12mm，坡口间隙0-1.0mm，如图3示。

③当钢板厚度35mm＜t≤50mm时，采用X型坡口，正面坡口角度45～60°，反面坡口角度45～60°，坡口钝边篇8-12mm，坡口间隙0-1.0mm，如图4示。

3)采用前述串联电极组进行焊接时，包含下述步骤：

①钢板清理，去除坡口及坡口两侧20mm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F在引弧板上引弧，引燃后第2电极S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F引弧板上引弧，引燃后第2电极S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，而且，针对于25mm以下的钢板坡口形式简单，加工方便，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)焊接速度、钝边、间隙以及焊丝尺寸、焊接参数的选定，保证焊接具有较好熔深，变形量小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：

F---第1电极

S---第2电极

I_1F---第1电极正面焊接时的电流值(A)

I_2F---第1电极反面焊接时的电流值(A)

D_F---第1电极焊丝直径(mm)

U_1F---第1电极正面焊接时的电压值(V)

U_2F---第1电极反面焊接时的电压值(V)

α---第1电极前倾角度(°)

β---第2电极前倾角度(°)

I_1S---第2电极正面焊接时的电流值(A)

I_2S---第2电极正面焊接时的电流值(A)

D_S---第2电极焊丝直径(mm)

U_1S---第2电极正面焊接时的电压值(V)

U_2S---第2电极反面焊接时的电压值(V)

L_F---第1电极焊丝干伸长(mm)

L_S---第2电极焊丝干伸长(mm)

W---两电极焊丝尖端距离(mm)

θ---坡口正面角度(°)

γ---坡口反面角度(°)

p---坡口钝边长度(mm)

g---坡口拼装间隙(mm)

v---焊接速度(mm/min)

附图说明：

图1为串联电极组示意图

图2为钢板厚度t≤25mm的坡口尺寸及拼装示意图

图3为钢板厚度25mm＜t≤35mm坡口尺寸及拼装示意图

图4为钢板厚度35mm＜t≤50mm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)

1.一种中厚板双丝双面单道埋弧焊接方法，其特征在于：

由双电极串联构成，按位置前后称为第1电极、第2电极；

第1电极(F)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，I_2F=（1.1~1.5）I_1F，焊接电压(U_1F,U_2F)30~45V；

第2电极(S)采用交流焊接，焊丝直径为(D_S)4.0~6.4mm，后丝前倾角(β)-5~0°，焊接电流(I_1S,I_2S)600~1200A，焊接电压(U_1S,U_2S)30~45V；

焊丝伸出导电嘴(L) 30~45mm，相邻焊丝端部相距距离(W)15~35mm；焊接速度为v：500~1500mm/min。

2.如权利要求1所述的一种中厚板高效双丝埋弧焊接方法，其特征在于：

①当钢板厚度t≤25mm时，采用I型坡口，坡口间隙g:0~1.0mm；

②当钢板厚度25mm＜t≤35mm时，采用Y型坡口，正面坡口角度θ: 45~60°，坡口钝边p:8-12mm，坡口间隙g:0-1.0mm；

③当钢板厚度35mm＜t≤50mm时，采用X型坡口，正面坡口角度θ: 45~60°，反面坡口角度γ:45~60°，坡口钝边p:8-12mm，坡口间隙g:0-1.0mm。

3.如权利要求1所述的双丝双面单道埋弧焊接方法，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F在引弧板上引弧，引燃后第2电极S起弧，焊接完成后在收弧板收弧；

④ 进行反面焊接：第1电极F在引弧板上引弧，引燃后第2电极S起弧，焊接完成后在收弧板收弧；

⑤ 清理焊后钢板。