CN108453355B - 一种超厚钢板的焊接方法及钢件 - Google Patents

一种超厚钢板的焊接方法及钢件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属焊接技术领域，提供了一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：在两块钢板焊接处设置“X”形坡口，在靠近钢板结构侧的一面，坡口角度为48～52°，靠近与结构侧相对的一面坡口角度为25～35°，填充焊道的宽度为4～6mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.25～0.35:1～1.15；清理坡口；预热钢板至210～230℃；采用熔化极气体保护电弧焊多层多道焊，焊接完成得到焊接件；使得焊接件平均降温速率小于80℃/h。该方法焊接得到的钢件无裂纹，强度高，品质好。本发明还提供了一种钢件，采用上述方法制得，其具有强度高，品质好的优点。

Description

一种超厚钢板的焊接方法及钢件
技术领域
本发明涉及金属焊接技术领域，具体而言，涉及一种超厚钢板的焊接方法及钢件。
背景技术
焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。
现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。
焊接的范围涉及到太多领域，尤其在工业中占有重要地位，但现有的焊接技术难以焊接较厚钢板，或焊接较厚钢板得到的焊接件品质一般。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明提供了一种超厚钢板的焊接方法，旨在改善超厚钢板难以焊接或焊接得到的焊接件品质差的问题。
本发明还提供了一种钢件，其强度高，品质好。
本发明是这样实现的：
一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：
在两块钢板焊接处设置“X”形坡口，在靠近钢板结构侧的一面，坡口角度为48～52°，靠近与结构侧相对的一面坡口角度为25～35°，从结构侧一面至与结构侧相对的一面，焊接缝分为结构侧焊道、填充焊道和底面焊道，填充焊道的宽度为4～6mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.25～0.35:1～1.15；
清理坡口，保证坡口及距离坡口至少40mm内无油污；
预热钢板至210～230℃；
采用熔化极气体保护电弧焊多层多道焊，焊接完成得到焊接件；
控制降温速率，使得焊接件平均降温速率小于80℃/h。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，保护气体为混合气体，混合气体包括体积比为8～9:1的氩气和二氧化碳。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，保护气体流量为22～25L/min。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，焊接电流为310～330A，电弧电压为35～37V。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，降温过程，先对焊接件保温1.5～4h，然后以50～80℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，钢板厚度为90～120mm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，焊丝直径为3～5mm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，开设坡口前，需清理钢板表面，去除钢板表面污物及氧化层。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，焊接过程以40～100mm/min的焊接速率进行焊接。
一种钢件，其通过上述的焊接方法焊接得到。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的超厚钢板的焊接方法，由于各操作步骤设置合理，且每一步骤参数设置合理，尤其是坡口角度的设置以及三个焊道的高度设置再结合焊接前前预热至合适温度，焊接后缓慢降温，使得焊接得到的钢件无裂纹，强度高，品质好。
本发明通过上述设计得到的钢件，其采用超厚钢板制成，强度高，由于采用本发明提供的超厚钢板的焊接方法焊接得到，其品质好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的超厚钢板的焊接方法两钢板配合的结构示意图。
图中标记分别为：1-结构侧焊道；2-填充焊道；3-底面焊道；4-钢板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供一种超厚钢板的焊接方法具体说明。
一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：
S1、在两块钢板焊接处设置“X”形坡口，在靠近钢板结构侧的一面，坡口角度为48～52°，靠近与结构侧相对的一面坡口角度为25～35°，从结构侧一面至与结构侧相对的一面，焊接缝分为结构侧焊道、填充焊道和底面焊道，填充焊道的宽度为4～6mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.25～0.35:1～1.15。
具体地，首先将两块待焊钢板的表面进行清理，冲洗掉表面的脏污晾干，并可采用砂纸磨去表面的氧化层。然后将清理干净的钢板放置于焊接作业位置。
如图1所示，在两块待焊接的钢板4的焊接处设置坡口，使得两块钢板4的坡口配合形成近似“X”形。在靠近钢板4结构侧的一面的坡口角度为48～52°，靠近与结构侧相对的一面的坡口的角度为25～35°，两个钢板4之间的间隙为焊道，在本发明中此焊道包括三个部分，从结构侧一面至与结构侧相对的一面，焊接缝分为结构侧焊道1、填充焊道2和底面焊道3，结构侧焊道1即靠近结构侧的焊道，底面焊道3即远离结构侧的焊道，填充焊道2则为结构侧焊道1与底面焊道3之间的焊道。
填充焊道2的宽度为4～6mm，结构侧焊道1、填充焊道2和底面焊道3的高度之比为1:0.25～0.35:1～1.15。
当在焊接过程正式开始前，将钢板的坡口和焊道设置为上述规格时能够满足较厚钢板的焊接，使得焊接得到的钢件更加牢固。
S2、清理坡口，保证坡口及距离坡口至少40mm内无油污。
通常设置坡口会产生钢渣停留在坡口位置，且采用机器制作坡口会使得焊接位置遗留机油。坡口处若不清理干净即焊接则会造成制得的钢件焊接缝处不牢固，易断裂。故坡口制作好后，需要清理干净坡口处的钢渣，保持坡口干净，并且需要清理掉坡口以及距离破口至少40mm内的油污，防止上述情况发生。
S3、预热钢板至210～230℃。
具体地，清理完坡口后，在开始正式焊接前需要将钢板进行预热，预热至钢板温度为210～230℃。
焊接前将钢板进行预热可降低焊接接头的冷却温度，提高焊接接头的抗性、降低焊接应力、可降低焊接结构的拘束度，从而避免造成焊缝裂纹产生。
S4、采用熔化极气体保护电弧焊多层多道焊，焊接完成得到焊接件。
在焊接较厚钢板的情况下，焊缝的牢固性是十分重要的，气体保护能使得熔滴、熔池金属及焊接区高温金属免受周围空气的有害作用。而采用熔化的电机，将电极融化后填充至焊缝用以填补焊道。
由于焊道较宽，需采用熔化极气体保护电弧焊沿着焊道多层多道焊，先焊接结构侧焊道和填充焊道，然后再焊接底面焊道。焊接完成后得到焊接件。
优选地，保护气体优选为体积比为8～9:1的氩气和二氧化碳的混合气。该组份配比的保护气体能够提高电弧稳定性和改善焊缝成型。
优选地，为使得能进一步地提高电弧稳定性和进一步改善焊缝成型，保护气体流量为22～25L/min。
具体地，为使得焊接高效高质进行，焊接过程的电流为310～330A，电弧电压为35～37V。
优选地，为提高焊接效率，焊接时所用焊丝直径为3～5mm。
优选地，焊接过程以40～100mm/min的焊接速率进行焊接。低速焊接有利于防止钢件冷却后裂纹产生。
S5、控制降温速率，使得焊接件平均降温速率小于80℃/h。
将刚焊接完得到的焊接件进行降温。控制其降温速率，降温不宜过快，过快会导致焊缝处产生裂纹。降温过程应保证焊接件平均降温速率小于80℃/h。
优选地，为进一步保证最后制得的钢件的焊缝处无裂纹产生，降温过程，可先对焊接件保温1.5～4h，然后以50～80℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温。
优选地，钢板厚度为90～120mm。本发明提供的超厚钢板的焊接方法焊接厚度为90～120mm时，效果较好。
本发明还提供了一种钢件，通过本发明提供的超厚钢板的焊接方法焊接得到，该钢件强度高，焊接处牢靠，无裂纹。
以下结合具体实施例对本发明提供的一种超厚钢板的焊接方法进行具体说明。
实施例1
本实施例提供了一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：
在两块厚度为90mm的待焊接的钢板的焊接处设置坡口，使得两块钢板的坡口配合形成近似“X”形。使得靠近钢板结构侧的一面的坡口角度为48°，靠近与结构侧相对的一面的坡口的角度为25°。填充焊道的宽度为4mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.25:1。
坡口设置好后将坡口以及及距离坡口至少40mm内清理干净，确保无杂质无油污。
预热钢板至210℃。然后将焊接工具通电，熔化极气体保护电弧焊，保护气体为体积比为8:1的氩气和二氧化碳的混合气，气体流量为22L/min，电流为310A，电弧电压为37V，焊丝直径为5mm，焊接速率为100mm/min。多层多道焊，先焊接结构侧焊道和填充焊道，然后再焊接底面焊道，焊接完成后得到焊接件。
将焊接件进行降温，降温过程先需要对焊接件保温1.5h，然后以50℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温即得钢件。
实施例2
本实施例提供了一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：
在两块厚度为110mm的待焊接的钢板的焊接处设置坡口，使得两块钢板的坡口配合形成近似“X”形。使得靠近钢板结构侧的一面的坡口角度为49°，靠近与结构侧相对的一面的坡口的角度为30°。填充焊道的宽度为5mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.3:1.05。
坡口设置好后将坡口以及及距离坡口至少40mm内清理干净，确保无杂质无油污。
预热钢板至220℃。然后将焊接工具通电，熔化极气体保护电弧焊，保护气体为体积比为9:1的氩气和二氧化碳的混合气，气体流量为23L/min，电流为320A，电弧电压为36V，焊丝直径为3mm，焊接速率为40mm/min。多层多道焊，先焊接结构侧焊道和填充焊道，然后再焊接底面焊道，焊接完成后得到焊接件。
将焊接件进行降温，降温过程先需要对焊接件保温4h，然后以80℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温即得钢件。
实施例3
本实施例提供了一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：
在两块厚度为120mm的待焊接的钢板的焊接处设置坡口，使得两块钢板的坡口配合形成近似“X”形。使得靠近钢板结构侧的一面的坡口角度为52°，靠近与结构侧相对的一面的坡口的角度为35°。填充焊道的宽度为6mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.35:1.15。
坡口设置好后将坡口以及及距离坡口至少40mm内清理干净，确保无杂质无油污。
预热钢板至230℃。然后将焊接工具通电，熔化极气体保护电弧焊，保护气体为体积比为9:1的氩气和二氧化碳的混合气，气体流量为25L/min，电流为330A，电弧电压为37V，焊丝直径为4mm，焊接速率为50mm/min。多层多道焊，先焊接结构侧焊道和填充焊道，然后再焊接底面焊道，焊接完成后得到焊接件。
将焊接件进行降温，降温过程先需要对焊接件保温2h，然后以60℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温即得钢件。
实施例4
本实施例提供了一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：
在两块厚度为95mm的待焊接的钢板的焊接处设置坡口，使得两块钢板的坡口配合形成近似“X”形。使得靠近钢板结构侧的一面的坡口角度为50°，靠近与结构侧相对的一面的坡口的角度为32°。填充焊道的宽度为3.5mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.28:1.1。
坡口设置好后将坡口以及及距离坡口至少40mm内清理干净，确保无杂质无油污。
预热钢板至215℃。然后将焊接工具通电，熔化极气体保护电弧焊，保护气体为体积比为8:1的氩气和二氧化碳的混合气，气体流量为24L/min，电流为325A，电弧电压为36V，焊丝直径为3mm，焊接速率为60mm/min。多层多道焊，先焊接结构侧焊道和填充焊道，然后再焊接底面焊道，焊接完成后得到焊接件。
将焊接件进行降温，降温过程先需要对焊接件保温3h，然后以70℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温即得钢件。
实施例5
本实施例提供了一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：
在两块厚度为115mm的待焊接的钢板的焊接处设置坡口，使得两块钢板的坡口配合形成近似“X”形。使得靠近钢板结构侧的一面的坡口角度为51°，靠近与结构侧相对的一面的坡口的角度为34°。填充焊道的宽度为5mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.28:1.08。
坡口设置好后将坡口以及及距离坡口至少40mm内清理干净，确保无杂质无油污。
预热钢板至215℃。然后将焊接工具通电，熔化极气体保护电弧焊，保护气体为体积比为9:1的氩气和二氧化碳的混合气，气体流量为23L/min，电流为320A，电弧电压为36.5V，焊丝直径为3mm，焊接速率为90mm/min。多层多道焊，先焊接结构侧焊道和填充焊道，然后再焊接底面焊道，焊接完成后得到焊接件。
将焊接件进行降温，降温过程先需要对焊接件保温4h，然后以65℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温即得钢件。
实施例6
本实施例提供了一种超厚钢板的焊接方法，包括如下步骤：
在两块厚度为115mm的待焊接的钢板的焊接处设置坡口，使得两块钢板的坡口配合形成近似“X”形。使得靠近钢板结构侧的一面的坡口角度为50°，靠近与结构侧相对的一面的坡口的角度为27°。填充焊道的宽度为5mm，结构侧焊道、填充焊道和底面焊道的高度之比为1:0.31:1.11。
坡口设置好后将坡口以及及距离坡口至少40mm内清理干净，确保无杂质无油污。
预热钢板至225℃。然后将焊接工具通电，熔化极气体保护电弧焊，保护气体为体积比为9:1的氩气和二氧化碳的混合气，气体流量为24L/min，电流为325A，电弧电压为35.5V，焊丝直径为4mm，焊接速率为70mm/min。多层多道焊，先焊接结构侧焊道和填充焊道，然后再焊接底面焊道，焊接完成后得到焊接件。
将焊接件进行降温，降温过程先需要对焊接件保温3h，然后以75℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温即得钢件。
实验例
取20名具有5年以上经验丰富的焊工对实施例1-6制得的钢件进行观察，认为有裂纹的人数记录入表1。
表1认为有裂纹人数记录
组别 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
人数 0 0 0 0 0 0
从表1能够看出，本实施例方法制得的钢件均无人认为有裂纹出现，因此能够得出，本实施例制得的钢件品质好。
综上所述，本发明实施例提供的超厚钢板的焊接方法，由于各操作步骤设置合理，且每一步骤参数设置合理，尤其是坡口角度的设置以及三个焊道的高度设置再结合焊接前前预热至合适温度，焊接后缓慢降温，使得焊接得到的钢件无裂纹，强度高，品质好。
本发明实施例提供的钢件，其采用超厚钢板制成，强度高，由于采用本发明提供的超厚钢板的焊接方法焊接得到，其品质好。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超厚钢板的焊接方法，所述钢板厚度为90～120mm，其特征在于，包括如下步骤：
在两块所述钢板焊接处设置“X”形坡口，在靠近钢板结构侧的一面，坡口角度为48～52°，靠近与结构侧相对的一面坡口角度为25～34°，从结构侧一面至与结构侧相对的一面，焊接缝分为结构侧焊道、填充焊道和底面焊道，所述填充焊道的宽度为4～6mm，所述结构侧焊道、所述填充焊道和所述底面焊道的高度之比为1:0.25～0.35:1～1.15；
清理坡口，保证坡口及距离坡口至少40mm内无油污；
预热钢板至210～230℃；
采用熔化极气体保护电弧焊多层多道焊，其中，焊接电流为310～330A，电弧电压为35～37V，焊丝直径为3～5mm；焊接速率为40～100mm/min，保护气体为混合气体，所述混合气体包括体积比为8～9:1的氩气和二氧化碳；保护气体流量为22～25L/min；焊接完成得到焊接件；
降温过程，控制降温速率，先对所述焊接件保温1.5～4h，然后以50～80℃/h的降温速率降温至100℃后，置于空气中冷却至常温。
2.根据权利要求1所述的超厚钢板的焊接方法，其特征在于，开设坡口前，需清理钢板表面，去除钢板表面污物及氧化层。
3.一种钢件，其特征在于，其通过如权利要求1-2任一项所述的焊接方法焊接得到。
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