CN108941860B - 厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法及其坡口结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法及其坡口结构：(a)确定两块厚度相等的钢板的焊接坡口位置，更换探伤显示有缺陷的钢板；其中t为钢板的厚度；(b)对两块钢板切割下料；(c)开制对接坡口：t≤30mm，对接坡口开设为I型；30mm＜t≤100mm，对接坡口开设为预留钝边X型坡口；(d)将两块钢板与双丝焊机组立就位，再对两块钢板进行预热；其中前丝为直流电、后丝为交流电；(e)进行埋弧焊正面焊接；(f)进行埋弧焊反面焊接；(g)在300～400℃的保温槽内进行焊后保温。本发明用以解决现有技术中厚度100mm内的厚钢板焊接耗时长、损耗大的问题，实现减少对厚度100mm内的厚钢板的焊接时间与损耗、提高焊接效率的目的。

Description

厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法及其坡口结构

技术领域

本发明涉及埋弧焊领域，具体涉及厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法及其坡口结构。

背景技术

在钢结构工程中，厚钢板焊接施工难度大、工作量大、对焊缝质量要求高，如何高效率、高质量的完成厚板的自动焊接，成为行业一直探究的课题。在传统工艺中，对于厚度在100mm以内的厚钢板焊接，通常采用手工二氧化碳气体保护焊与自动埋弧焊结合的焊接方法，焊件的坡口角度大且深，需消耗的焊接材料多，焊接效率低，需对接头部位进行反面清根，焊缝缺陷多发且一次合格率较低，导致了现有工艺在焊接厚度100mm内的厚钢板时耗时长、损耗大、效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法及其坡口结构，以解决现有技术中厚度100mm内的厚钢板焊接耗时长、损耗大的问题，实现减少对厚度100mm内的厚钢板的焊接时间与损耗、提高焊接效率的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，包括以下步骤：

（a）确定两块厚度相等的钢板的焊接坡口位置，对两块钢板在坡口边缘2t宽度范围内的区域进行探伤；更换探伤显示有缺陷的钢板；其中t为钢板的厚度；

（b）根据所需构件实际尺寸，对两块钢板切割下料；

（c）开制对接坡口：若t≤30mm，对接坡口开设为I型；若30mm＜t≤100mm，对接坡口开设为预留钝边X型坡口，其中X型坡口正面的夹角为40°，反面的夹角为45°，钝边厚度为10~15mm；

（d）将两块钢板与双丝焊机组立就位，再对两块钢板进行预热；调整双丝间距以满足前后丝之间的间距为15~20mm；其中前丝为直流电、后丝为交流电；

（e）进行埋弧焊正面焊接；

（f）进行埋弧焊反面焊接：

（g）在300~400℃的保温槽内进行焊后保温，保温2~3小时后逐渐降低温度恢复至室温。

针对现有技术中厚度100mm内的厚钢板焊接耗时长、损耗大、效率低的问题，本发明提出厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法。本方法首先在两块钢板在坡口边缘2t宽度范围内的区域进行探，检测钢板待焊接的位置处是否有缺陷，坡口附近有缺陷的钢板不能使用、需要进行更换。根据所需构件实际尺寸，对两块钢板切割下料，使得钢板被切割至所需形状。之后开制对接坡口，当钢板厚度小于或等于30mm时，对接坡口开设为I型，即是两块钢板的坡口对接形成I字结构。当钢板厚度大于30mm、小于或等于100mm时，对接坡口开设为预留钝边X型坡口，即是两块钢板的坡口对接形成X结构，其中夹角为40°是指X型上下两个V字型的夹角都呈40°，钝边厚度为10~15mm是指上下两个V字型之间的距离为10~15mm。将两块钢板与双丝焊机组立就位，再对两块钢板进行预热；调整双丝间距以满足前后丝之间的间距为15~20mm；其中前丝为直流电、后丝为交流电。本发明充分发挥了交直流电各自的优势。前丝直流，优选大焊接电流低电弧电压，发挥直流电电弧的穿透力，获得大熔深；后丝交流，优选相对较小的焊接电流和大电弧电压，增加熔宽，克服前丝大电流可能形成的熔化金属堆积，配合高速度焊接，在追求熔深的同时完成大电流工艺参数的匹配实现对焊接质量的控制。优选的是，在焊接前调整双丝间距和倾斜角度，保证轨道与构件的水平位置使焊接臂能达到焊缝位置,调整焊接臂伸长焊丝使前端对准焊件间隙。启动焊车行走观察焊丝是否任何位置都对准缝隙，使用吊具微调构件保证焊缝水平。之后依次进行埋弧焊正面焊接、埋弧焊反面焊接，完成焊接后在300~400℃的保温槽内进行焊后保温，保温2~3小时后逐渐降低温度恢复至室温，完成整个焊接过程。使用本方法进行厚度100mm内的厚钢板埋弧焊过程中，无需进行手工二氧化碳打底与反面气刨清根工序，相较于传统的厚钢板埋弧焊工艺，节省了上述两道工序的时间与经济成本，节约了焊接材料，同时焊接效率高、质量好，一次合格率相较于现有技术也有显著提升。此外，本方法还能够免手工焊灰尘、气刨声、弧光对人体造成的伤害，具有优良的节能环保效果。

进一步的，步骤（e）中，若t≤30mm，则焊接速度50cm/min，装配间隙0~2mm之间；若30mm＜t≤100mm，则焊接速度30cm/min，装配间隙为0，并且每焊接一道焊缝后水平向左或右调整焊接臂3~4mm。本方案针以30mm的厚度为分界，对于不同厚度的钢板焊接提供了不同的正面焊接参数，提高了本发明的适用性和可操作性。

进一步的，步骤（e）中，焊缝填充量达到正面焊缝的2/3时进入步骤（f），开始进行埋弧焊反面焊接。本方案是考虑到焊接变形的影响，预留出正面焊缝剩余的1/3区域作为变形区域，避免焊缝变形导致焊接质量受到干扰，进一步提高本发明的焊接质量。

进一步的，所述步骤（f）包括如下步骤：

若t≤30mm：

（A）使用吊具将构件翻面，调整焊丝保证垂直焊缝中心；

（B）打底焊：使得前丝电流950A、电压32V、焊枪角度0°，后丝电流550A、电压42V、焊枪角度12°，以50cm/min的速度进行打底焊接；若焊接过程中中间焊缝出现凸起现象，则调整前丝电流为900A，后丝电流为580A，后丝电压为44V，焊接速度提升至55cm/min；

（C）打底焊完成后进行填充焊，填充焊时控制前丝电流900A、电压38v，后丝电流550A、电压40V；

（D）填充焊完成后进行盖面焊，盖面预留深度为2~3mm；

若30mm＜t≤100mm：

（A1）使用吊具将构件翻面，调整焊丝保证垂直焊缝中心；

（B1）打底焊：控制前丝电流950A、电压32v，后丝电流550A、电压42V，以30cm/min的焊接速度一次性完成打底；

（C1）打底焊完成后进行填充焊，填充时前丝电流调整至900A、电压40V，后丝的电流550A、电压42V，焊接速度调整至40cm/min；填充时控制焊缝熔宽小于25mm；

（D1）填充焊完成后进行盖面焊：前丝电流850A、电压32v，后丝电流500A、电压42V，焊接速度50cm/min；盖面至少分3次完成。

本方案对反面焊接的具体过程进行了进一步的限定，分为t≤30mm、30mm＜t≤100mm两种情况。并对每种情况下的打底焊、填充焊、盖面焊的具体工艺参数进行了进一步限定，通过本方案中所限定的步骤参数与方法，能够进一步提高使用本发明焊接时的焊缝质量，焊缝一次成型率有显著提高。

优选的，步骤（g）中焊缝用玻璃纤维保温棉覆盖后置于保温槽内。以提高焊后保温效果。

优选的，步骤（a）中的探伤使用超声波检测，所述缺陷为夹层、裂纹、夹灰中的一种或多种。

优选的，步骤（d）中的预热温度范围在20~150℃之间。根据不同屈服强度、不同厚度的钢材在本区间内选择合适的预热温度，其中屈服强度越大、所需预热温度越高；厚度越大，所需预热温度越高。

基于厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法的坡口结构，若t≤30mm，对接坡口开设为I型；若30mm＜t≤100mm，对接坡口开设为预留钝边X型坡口，其中X型坡口正面的夹角为40°，反面的夹角为45°，钝边厚度为10~15mm；其中t为被焊接钢板的厚度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法及其坡口结构，进行厚度100mm内的厚钢板埋弧焊过程中，无需进行手工二氧化碳打底与反面气刨清根工序，相较于传统的厚钢板埋弧焊工艺，节省了上述两道工序的时间与经济成本，节约了焊接材料，同时焊接效率高、质量好，一次合格率相较于现有技术也有显著提升。此外，本方法还能够免手工焊灰尘、气刨声、弧光对人体造成的伤害，具有优良的节能环保效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例中t≤30mm时的坡口示意图；

图2为本发明具体实施例中30mm＜t≤100mm时的坡口示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，包括以下步骤：（a）确定两块厚度相等的钢板的焊接坡口位置，对两块钢板在坡口边缘2t宽度范围内的区域进行探伤；更换探伤显示有缺陷的钢板；其中t为钢板的厚度；（b）根据所需构件实际尺寸，对两块钢板切割下料；（c）开制对接坡口：若t≤30mm，对接坡口开设为I型；若30mm＜t≤100mm，对接坡口开设为预留钝边X型坡口，其中X型坡口正面的夹角为40°，反面的夹角为45°，钝边厚度为10~15mm； （d）将两块钢板与双丝焊机组立就位，再对两块钢板进行预热；调整双丝间距以满足前后丝之间的间距为15~20mm；其中前丝为直流电、后丝为交流电；（e）进行埋弧焊正面焊接；（f）进行埋弧焊反面焊接；（g）在300~400℃的保温槽内进行焊后保温，保温2~3小时后逐渐降低温度恢复至室温。本实施例中使用的焊机为林肯PWAC/DC1000SD 双丝焊机。

实施例2：

厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，在实施例1的基础上，步骤（e）中，若t≤30mm，则焊接速度50cm/min，装配间隙0~2mm之间；若30mm＜t≤100mm，则焊接速度30cm/min，装配间隙为0，并且每焊接一道焊缝后水平向左或右调整焊接臂3~4mm。步骤（e）中，焊缝填充量达到正面焊缝的2/3时进入步骤（f），开始进行埋弧焊反面焊接。所述步骤（f）包括如下步骤：若t≤30mm：（A）使用吊具将构件翻面，调整焊丝保证垂直焊缝中心；（B）打底焊：使得前丝电流950A、电压32V、焊枪角度0°，后丝电流550A、电压42V、焊枪角度12°，以50cm/min的速度进行打底焊接；若焊接过程中中间焊缝出现凸起现象，则调整前丝电流为900A，后丝电流为580A，后丝电压为44V，焊接速度提升至55cm/min；（C）打底焊完成后进行填充焊，填充焊时控制前丝电流900A、电压38v，后丝电流550A、电压40V；（D）填充焊完成后进行盖面焊，盖面预留深度为2~3mm；若30mm＜t≤100mm：（A1）使用吊具将构件翻面，调整焊丝保证垂直焊缝中心；（B1）打底焊：控制前丝电流950A、电压32v，后丝电流550A、电压42V，以30cm/min的焊接速度一次性完成打底；（C1）打底焊完成后进行填充焊，填充时前丝电流调整至900A、电压40V，后丝的电流550A、电压42V，焊接速度调整至40cm/min；填充时控制焊缝熔宽小于25mm；（D1）填充焊完成后进行盖面焊：前丝电流850A、电压32v，后丝电流500A、电压42V，焊接速度50cm/min；盖面至少分3次完成。

优选的，步骤（g）中焊缝用玻璃纤维保温棉覆盖后置于保温槽内。

优选的，步骤（a）中的探伤使用超声波检测，所述缺陷为夹层、裂纹、夹灰中的一种或多种。

优选的，步骤（d）中的预热温度范围在20~150℃之间。

本实施例中，钢板的预热温度通过下表进行选择：

上表中，类别Ⅰa、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳb代表的是不同屈服强度值的钢材，表中数据均为对应厚度与屈服强度的钢板所需的最低预热温度。其中“/” 表示焊接环境在0℃以上可不采取预热的情况。

本实施例中具体使用的焊接参数如下：

通过本实施例进行30mm厚钢板的焊接后，工作人员使用CTS-1002型数字超声波探伤仪对一级焊缝100%探伤，探伤结果满足《钢结构施工质量验收规范》GB50205中的合格规定。金相试验结果表明，焊缝内部质量完好，无常见的气孔、裂纹等现象，焊缝熔合很好，无内部质量缺陷；对接焊缝测量直线度检测也满足GB50205中的规定。再对接头焊缝进行拉伸、弯曲、冲击试验。拉伸：拉伸强度不低于母材标准的规定的下限值。弯曲：对接接头弯曲试验180°，任何方向裂纹及其他缺欠单个长度不大于3mm。冲击：焊缝中心及热影响区粗晶区各个三个试样的冲击试样平均值达到母材标准规定的最低值34j。因此，力学检测表明，本实施例中焊缝符合《钢结构焊接规范》中的规定。

以下为传统工艺与本实施例所进行的耗时对比与费用对比表：

从上表中可以看出，采用传统工艺制作100mm以内厚板1米焊缝的时间大约为84min，而通过本实施例制作100mm以内厚板1米焊缝的时间为56min，节约时间28min，生产效率提高33.33%。

从上表中可以看出，采用传统工艺制作100mm以内厚板1米焊缝的成本为122.70元，而通过本实施例制作100mm以内厚板1米焊缝的成本为78.66元，节约成本44.04元，直接降低成本35.89%。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）确定两块厚度相等的钢板的焊接坡口位置，对两块钢板在坡口边缘2t宽度范围内的区域进行探伤；更换探伤显示有缺陷的钢板；其中t为钢板的厚度；

（b）根据所需构件实际尺寸，对两块钢板切割下料；

（c）开制对接坡口：若t≤30mm，对接坡口开设为I型；若30mm＜t≤100mm，对接坡口开设为预留钝边X型坡口，其中X型坡口正面的夹角为40°，反面的夹角为45°，钝边厚度为10~15mm；

（d）将两块钢板与双丝焊机组立就位，再对两块钢板进行预热；调整双丝间距以满足前后丝之间的间距为15~20mm；其中前丝为直流电、后丝为交流电；

（e）进行埋弧焊正面焊接；

（f）进行埋弧焊反面焊接；

（g）在300~400℃的保温槽内进行焊后保温，保温2~3小时后逐渐降低温度恢复至室温；

所述步骤（f）包括如下步骤：

若t≤30mm：

（A）使用吊具将构件翻面，调整焊丝保证垂直焊缝中心；

（B）打底焊：使得前丝电流950A、电压32V、焊枪角度0°，后丝电流550A、电压42V、焊枪角度12°，以50cm/min的速度进行打底焊接；若焊接过程中中间焊缝出现凸起现象，则调整前丝电流为900A，后丝电流为580A，后丝电压为44V，焊接速度提升至55cm/min；

（C）打底焊完成后进行填充焊，填充焊时控制前丝电流900A、电压38V，后丝电流550A、电压40V；

（D）填充焊完成后进行盖面焊，盖面预留深度为2~3mm；

若30mm＜t≤100mm：

（A1）使用吊具将构件翻面，调整焊丝保证垂直焊缝中心；

（B1）打底焊：控制前丝电流950A、电压32V，后丝电流550A、电压42V，以30cm/min的焊接速度一次性完成打底；

（C1）打底焊完成后进行填充焊，填充时前丝电流调整至900A、电压40V，后丝的电流550A、电压42V，焊接速度调整至40cm/min；填充时控制焊缝熔宽小于25mm；

（D1）填充焊完成后进行盖面焊：前丝电流850A、电压32V，后丝电流500A、电压42V，焊接速度50cm/min；盖面至少分3次完成。

2.根据权利要求1所述的厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，其特征在于，步骤（e）中，若t≤30mm，则焊接速度50cm/min，装配间隙0~2mm之间；若30mm＜t≤100mm，则焊接速度30cm/min，装配间隙为0，并且每焊接一道焊缝后水平向左或右调整焊接臂3~4mm。

3.根据权利要求1所述的厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，其特征在于，步骤（e）中，焊缝填充量达到正面焊缝的2/3时进入步骤（f），开始进行埋弧焊反面焊接。

4.根据权利要求1所述的厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，其特征在于，步骤（g）中焊缝用玻璃纤维保温棉覆盖后置于保温槽内。

5.根据权利要求1所述的厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，其特征在于，步骤（a）中的探伤使用超声波检测，所述缺陷为夹层、裂纹、夹灰中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的厚钢板埋弧熔透焊免清根焊接方法，其特征在于，步骤（d）中的预热温度范围在20~150℃之间。

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