CN108067710B - 一种10～18mm厚钢药芯焊丝高效双道埋弧焊工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种10～18mm厚钢药芯焊丝高效双道埋弧焊工艺，设计双Y型焊接坡口，其钝边量为5.0～7.0mm，坡口角度为32.5～40°，坡口深度为1.0～7.0mm；采用直径4.0mm的焊丝进行正反面焊缝的焊接，在焊接时，正面焊缝线能量18～28kJ/cm，反面焊前不进行清根，反面线能量25～35kJ/cm，使正反面焊缝间有≥1.5mm的重叠。本发明针对药芯焊丝，采用正反面焊缝相近的线能量，使焊接热影响区性能保持相对均匀，不清根焊接的同时保证根部焊透，反面焊道线能量增加不多，可以使正反面坡口尺寸相差不大，有效减少了焊缝整体填充量，从而节约成本，提高效率。

Description

一种10～18mm厚钢药芯焊丝高效双道埋弧焊工艺

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种10～18mm厚钢药芯焊丝高效双道埋弧焊工艺。

背景技术

随着工业技术的迅猛发展，大型化、高参数化的焊接结构日益增多，这些焊接结构需要大量中厚板制造，用户对低成本、使用方便、性能优异、质量稳定的高效化焊接工艺的需求越来越迫切。

埋弧焊是目前中厚板焊接的重要工艺之一，主要有药芯焊丝和实心焊丝两种焊丝工艺。其中药芯焊丝的优势表现在：对钢材的适应性好，熔敷速度快，焊接生产率高；与实芯焊丝相比，药芯焊丝电弧软、飞溅小，焊接工艺性能好；焊缝宽，成型美观；综合成本低。药芯焊丝埋弧焊时外层钢套电流密度大，因此焊丝熔敷效率高，也提升了填充效率。

围绕提高焊接效率，业界针对实芯焊丝开展了有效的工作。专利CN201010579763.8公开一种中厚板X形坡口埋弧焊焊接工艺，正面焊接电流450～480A，焊接电压25～26V，焊接速度54～58cm/min；背面焊接电流600～640A，焊接电压30～32V，焊接速度44～47cm/min。直接采用埋弧焊打底，焊缝背面不需清根，选择合适焊接电流、电压和焊接速度的合理匹配。其为了保证正面第一道焊缝不烧穿，焊接线能量不高于14kJ/cm，因此效率不高，且正反面焊接线能量差别较大，不利于稳定焊接热影响区性能。文献《X65MO海底管线钢焊接适应性研究》中也有报道，采用气保焊打底、多丝埋弧焊填充，进行15.9mm厚X65MO海底管线钢焊接，但均未谈及药芯焊丝高效埋弧焊。

现有不清根埋弧焊工艺均是针对实芯焊丝的，无清根埋弧焊省略手工焊打底和反面清根两道工艺流程，提高了焊接效率，节约了时间及人力、物力成本。但是也存在不足，对焊透和不击穿的要求更高，如正面焊缝为了避免烧穿，往往采用较小的焊接线能量；反面焊缝为了焊透，往往采用较大的焊接线能量。这样正反面焊缝焊接线能量相差较大，往往会导致焊接热影响区性能波动较大。药芯焊丝埋弧焊熔敷率高，如果能采用药芯焊丝进行反面不清根焊接，焊接效率将进一步提高。但由于药芯焊丝的焊接工艺特性与实芯焊丝存在一定差异，药芯焊丝芯部导电性较差，所以其电弧的穿透力不如实芯焊丝，不清根埋弧焊工艺直接应用在药芯焊丝上并不适合。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是针对10～18mm厚钢采用埋弧焊药芯，正反面各焊一道焊缝，反面焊时不清根，既节约成本，又进一步提高效率。

为实现上述目的，本发明提供一种10～18mm厚钢药芯焊丝高效双道埋弧焊工艺，包括步骤如下：

1)设计双Y型焊接坡口，其钝边长度为5.0～7.0mm，坡口角度为32.5～40°，坡口深度为1.0～7.0mm；

2)采用直径4.0mm的焊丝进行正反面焊缝的焊接，在焊接时，正面焊缝线能量18～28kJ/cm，反面焊前不进行清根，反面线能量25～35kJ/cm，使正反面焊缝间有≥1.5mm的重叠。

具体的，所述双Y型焊接坡口的钝边量为5.0～6.0mm，使正反面焊缝间有≥1.8mm的重叠。

具体的，焊接时，工件装配的间隙量不大于1mm，焊丝偏离量不大于0.7mm。采用上述工艺主要针对以下几个因素的考虑：

为了形成有效的焊缝，必须将焊接边端采用机加工等方法加工坡口，以便埋弧焊电弧加热及熔化焊接端面、填充焊缝金属。对于10～18mm厚钢，焊接坡口一般为双Y型等，如图1及表1所示，坡口的主要参数有角度、钝边、深度等。

表1 10～18mm厚度坡口型式

板厚(mm)	坡口型式	钝边(mm)	坡口角度α	坡口深度h(mm)
					10～18	双Y型	5.0～7.0	32.5～40°	1.0～7.0

采用直径4.0mm的焊丝进行正反面焊缝的焊接，不易产生偏弧而产生有效的熔透。当坡口角度为32.5～40°，且药芯焊丝电流密度集中度低于实芯焊丝，如图2所示，对两焊接工件间的间隙不太敏感，因此正面打底焊缝不易烧穿，同时正面将产生2.0～4.0mm的熔深。

焊接线能量是焊缝单位长度上焊接热源的能量。埋弧焊的焊接线能量范围较宽，其选择依据是被焊工件的厚度以及被焊工件在冶金性能上能否承受。焊接线能量小，焊接热影响区易出现淬硬组织，且焊接效率低；但焊接线能量大，则工件容易烧穿形成焊接缺陷；而且从钢种的焊接性来讲，焊接线能量较大时，焊接热影响区容易出现晶粒粗大韧性恶化、焊接热影响区软化现象。因此保证各道次焊接线能量较小波动有利于焊接热影响区性能的稳定。

本发明正面第一道打底焊线能量为18～28kJ/cm，能保证埋弧焊工艺稳定，不产生缺陷。实施反面焊之前不进行清根，反面线能量为25～35kJ/cm，与正面焊缝线能量相比，增加不超过40％，和现有技术相比两者差别明显减少，因此焊接热影响区性能不会因线能量的小幅变化受到明显影响，这有利于保持焊接接头性能的相对均匀性。同时，由于反面焊道线能量增加不多，可以使正反面坡口尺寸相差不多，这样避免一面坡口过大、一面坡口过小，有效减少了焊缝整体填充量，从而节约成本，提高效率。

正、反面的底层焊缝要求有一定的叠合，这样才能得到完整的焊缝。本发明由于有正面焊缝作为衬托，即使反面焊缝线能量有所增加，焊缝也不易烧穿，反面焊缝将产生2.5～5.0mm熔深。这样在不清根的情况下，此种药芯焊丝埋弧焊工艺正反面焊缝的重叠量不低于1.5mm，如图3所示。

药芯焊丝焊接时焊丝钢皮上的电流密度大，中心部分(药芯)电流密度不太集中，这一特点会使金属熔敷率高，电弧穿透力相对较弱，本发明利用这一特性，在此基础上开发高效的药芯焊丝埋弧焊工艺。

本发明的有益效果是：1)在正反面焊缝线能量相差不大的情况下，能获得不清根焊接效果，显著提高了焊接效率和焊接质量。2)药芯焊丝埋弧焊对焊板间隙及对中不太敏感，有利于保证根部焊透。3)正面、反面焊缝线能量相差不多，因此焊接热影响区性能不会因线能量的小幅变化受到明显影响，而保持相对的均匀；同时，由于反面焊道线能量增加不多，可以使正反面坡口尺寸相差不多，这样避免一面坡口过大、一面坡口过小，有效减少了焊缝整体填充量，从而节约成本，提高效率。

附图说明

图1是本发明坡口示意图；

图2是药芯焊丝与实芯焊丝电弧能量分布示意图；

图3是本发明正、反面焊缝及重叠量示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不限制本发明。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

按照以下实施步骤进行，在工件装配过程中，不可避免存在一定的错边量；在焊接过程中，也不可避免存在焊丝偏离工件缝隙的情况。通过实验特意考察了本技术对这两种不利因素适应性。正面为坡口深度较小的一面，反面为坡口深度较大的一面。

1)设计合适的双Y焊接坡口(包括角度、钝边和坡口深度等)，制定合适的焊接工艺参数。

2)在焊接时，正面焊缝线能量18～28kJ/cm，以保证不烧穿，反面焊前不进行清根，线能量25～35kJ/cm进行反面焊接，确保焊透，使正反面焊缝间有≥1.5mm的重叠。

3)焊接完成后，观察焊缝表面成形，并对焊缝进行超声波探伤，抽查焊接接头，磨平腐蚀后观察焊缝宏观形貌，测量正反面焊缝的重叠量。

4)对于不清根埋弧焊工艺，与实芯焊丝相比，正面焊缝线能量增加，反面焊缝线能量减少，两者较为接近，因此能有效避免焊接线能量及焊接热影响区韧性产生大的波动。

试验用钢板为正火态，对焊接线能量有一定的敏感性。其主要成分(wt％)及性能如表2所示。

表2试验用钢板主要成分(wt％)及性能

C

Si

Mn

Cr+Ni

Nb+V+Ti

Rm(MPa)

-46℃KV<sub>2</sub>(J)

0.17

0.30

1.60

≤0.60

≤0.15

≥560

≥40

焊丝为SubCOR SL731，焊剂为SWX 120，符合AWS/SFA-5.23:F7A6-EA2-A4。焊剂烘烤200℃+1小时。单侧试板尺寸为150mm×600mm，试板在焊接方向必须平整。焊接设备为LincolnAC/DC埋弧焊机。

实施例1：板厚14.3mm，双Y型坡口，正面坡口深度3.3mm，单侧角度40°，反面坡口深度5.0mm，单侧角度40°，钝边则为6.0mm，间隙0.5mm。焊丝偏离缝隙1.0mm，焊丝直径4.0mm。正面焊缝线能量～18kJ/cm(电流470A，电压32V，焊速0.50m/min)，没烧穿；反面焊前不进行清根，焊接线能量～28kJ/cm(电流600A，电压37V，焊速0.48m/min)，焊透。超声波探伤合格。解剖腐蚀观察，正反面焊缝间重叠量1.8mm。

对比实施例：板厚14.3mm，双Y型坡口，正面坡口深度3.3mm，单侧角度25°，反面坡口深度5.0mm，单侧角度25°，钝边则为6mm，间隙0.5mm。焊丝偏离缝隙1.0mm。直径4.0mm，正面焊缝线能量～18kJ/cm(电流470A，电压32V，焊速0.50m/min)，没烧穿，反面焊前不进行清根，焊接线能量～28kJ/cm(电流600A，电压37V，焊速0.48m/min)。但超声波探伤显示有长条未焊透缺陷，不合格。

实施例2～5焊接条件及结果分别如表3、表4及表5所示。焊丝直径均为4.0mm，焊接步骤同实施例1。

表3各实施例焊接条件

实施例	板厚(mm)	坡口型式	钝边(mm)	坡口角度α	坡口深度h(mm)
						2	10	双Y	7.0	40°	1.0,2.0
3	12	双Y	6.0	40°	2.5,3.5
						4	15	双Y	5.0	35°	4.5,5.5
5	18	双Y	5.0	32.5°	6.0,7.0

表4正、反面焊接参数

表5各实施例焊接条件及焊接质量

从实施情况可以看出，本技术对焊接工艺条件的适应性较强。在坡口为双Y型的情况下，即使是工件装配有一定间隙，比如间隙不大于1mm；焊丝与对接缝隙有一定偏离，比如偏离量不大于0.7mm时，仍能得到正反面焊缝叠合较好的焊缝，其叠合量为1.6～2.2mm，焊缝探声波探伤合格。由于免去了反面清根，减少了清根及再填充人力物力及时间成本，加上药芯焊丝本身熔化效率高，总体效率比实芯焊丝清根埋弧焊提高50％以上。

另外，检测了焊接接头力学性能，上述实施例1～5均能满足Rm≥560MPa及-46℃KV2(J)≥40J的技术要求。因此可见，本技术针对药芯焊丝开发的高效埋弧焊工艺是成功的。

Claims (3)

1.一种10～18mm厚钢药芯焊丝高效双道埋弧焊工艺，包括步骤如下：

1)设计双Y型焊接坡口，其钝边量为5.0～7.0mm，坡口角度为32.5～40°，坡口深度为1.0～7.0mm；

2)采用直径4.0mm的焊丝进行正反面焊缝的焊接，在焊接时，正面焊缝线能量18～28kJ/cm，反面焊前不进行清根，反面线能量25～35kJ/cm，使正反面焊缝间有≥1.5mm的重叠。

2.根据权利要求1所述的10～18mm厚钢药芯焊丝高效双道埋弧焊工艺，其特征在于：所述双Y型焊接坡口的钝边量为5.0～6.0mm，使正反面焊缝间有≥1.8mm的重叠。

3.根据权利要求1所述的10～18mm厚钢药芯焊丝高效双道埋弧焊工艺，其特征在于：焊接时，工件装配的间隙量不大于1mm，焊丝偏离量不大于0.7mm。

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