CN109483024A - 一种大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，属于航空工业热工艺技术领域。本发明采用自动化焊接方式，改变了传统的手工焊操作方式，减少了焊接时人的不稳定因素，降低了焊工的劳动强度，提高了产品的焊接质量和生产效率，同时也降低了生产成本。并且该方法操作简便，焊接时所需的耗材和设备易于采购实现。

Description

一种大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法
技术领域
本发明涉及一种大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，属于航空工业热工艺技术领域。
背景技术
近年来随着一些新材料、新结构、新工艺在航空工业中不断广泛应用，焊接连接技术已成为航空制造业中重要的连接方法之一，舱体广泛采用了手工电弧焊的焊接工艺方法。该方法不仅焊接速度慢,而且焊后零件尺寸变形量较大,焊缝质量难以保证。采用熔化极混合气体保护焊焊接是比较理想的一种工艺方法。
熔化极混合体保护焊技术是一种新型的焊接连接技术，该方法利用(Ar+CO2)系列混合气体作为保护气体，焊丝本身为电极,并且由于焊接时焊丝较细、电流密度大、电弧穿透能力强、熔深大及熔敷率高等特点，可以减小坡口角度,增加钝边厚度,降低焊接应力与变形,焊缝成型美观,飞溅少。与传统手工焊条焊相比，熔化极混合体保护焊技术操作简便、生产效率高、成本低，是唯一能适用于各种规格的材质及焊接条件的全位置焊接工艺。
发明内容
本发明的目的在于针对航空用结构钢结构件焊接时受人为因素影响较大，从而导致焊缝接头质量较差、生产效率低和成本高等技术质量问题，提供一种生产效率高、成本低和焊缝接头质量较好的熔化极混合气体保护自动化焊接工艺。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，该方法包括以下步骤：
(A)、将待焊结构件焊接部位加工开U型坡口；
(B)、焊前对待焊零件进行喷砂处理，去除零件表面油污、铁锈污染物；
(C)、将零件进行装配，焊缝接头结构采用锁底焊接头方式，通过零件自身尺寸控制焊接修配间隙，装配方式采取过盈配合；
(D)、打开焊接设备电源开关，将装配好的待焊零件安放于焊接工装上，零件一端用三爪夹头夹紧，另一端用气缸顶紧；调节好焊枪角度并将焊枪固定，根据坡口角度和位置以及焊枪焊丝伸出长度对焊枪进行微调，焊接过程中为了防止熔化金属流淌，保护焊缝的正常成形将焊枪逆零件旋转方向偏移一定距离；
(E)、打开气瓶和水冷系统开关，用混合气体配比器调节好混合气体流量；
(F)、用熔化极混合体保护自动化焊，焊接时采用了多层多道焊焊接方法，即采用短路过渡打底焊和喷射过渡盖面焊的焊接方法。
(G)、按焊接工艺要求调节焊接工艺参数进行焊接；
(H)、焊接结束后，将焊后试样经目视和X光检查合格后进行力学性能检测。
进一步的，步骤(G)中焊接工艺参数为：保护气体是Ar+CO2，气体流量为15～20L/min，焊接温度≥16℃，焊丝伸长量7～10mm，
打底焊工艺参数：焊接电流为250～280A，焊接电压为23～28V，焊接速度为130～170mm/min，焊枪左/右摆动幅度0～3mm，焊枪摆动速度130～150mm/s，延时摆动时间：1～2s，焊枪左停时间：0.2～0.5s，焊枪右停时间：0.2～0.5s；盖面焊工艺参数：焊接电流为280～320A，焊接电压为28～32V，焊接速度为160～210mm/min，焊枪左/右摆动幅度15～20mm，焊枪摆动速度130～150mm/s，延时摆动时间：1～2s，焊枪左停时间：0.2～0.5s，焊枪右停时间：0.2～0.5s。
进一步的，保护气体Ar与CO2的流量比为：3:1。
进一步的，采用直径为φ1.2mm的H18CrMoA或H08Mn2SiA焊丝作为填充材料进行焊接。
进一步的，步骤(D)焊接过程中为了防止熔化金属流淌，保护焊缝的正常成形将焊枪逆零件旋转方向偏移一定距离，其焊接过程试样采取逆时针方向旋转。
进一步的，焊枪偏移角度γ3＝10°～20°，倾角过大时,会减小熔深、增加熔宽同时还容易使焊接时产生飞溅；焊丝距离工件表面距离H1＝1～3mm，焊丝伸出喷嘴长度H2＝7～10mm。
进一步的，焊接过程中，焊前焊枪提前送气0.8s，焊后焊枪滞后送气1.0s，收弧点与起弧点的搭接角度为8～10°。
进一步的，步骤(F)采用短路过渡打底焊和喷射过渡盖面焊的焊接方法，电弧电压和焊接电流的匹配关系在熔化极气体保护焊中，对于电流范围:100-450A对应着电压范围18-34V。
本发明的有益效果：
本发明采用自动化焊接方式，改变了传统的手工焊操作方式，减少了焊接时人的不稳定因素，降低了焊工的劳动强度，提高了产品的焊接质量和生产效率，同时也降低了生产成本。并且该方法操作简便，焊接时所需的耗材和设备易于采购实现。
附图说明
图1为本发明应用航空制造业舱体的示意图；
图2为本发明待焊结构件局部焊缝的坡口尺寸示意图；
图3为本发明待焊结构件焊装配后的尺寸示意图；
图4为本发明焊接时工件旋转方向与焊枪角度示意图；
图5为本发明电弧电压和焊接电流的匹配关系示意图。
具体实施方式
下面接合附图对本发明进行详细描述：
一种大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，该方法包括以下步骤：
(A)、将待焊结构件焊接部位加工开U型坡口，如图2；
(B)、焊前对待焊零件进行喷砂处理，去除零件表面油污、铁锈污染物；
(C)、将零件进行装配，焊缝接头结构采用锁底焊接头方式，通过零件自身尺寸控制焊接修配间隙，装配方式采取过盈配合，如图3；
(D)、打开焊接设备电源开关，将装配好的待焊零件安放于焊接工装上，零件一端用三爪夹头夹紧，另一端用气缸顶紧；调节好焊枪角度并将焊枪固定，根据坡口角度和位置以及焊枪焊丝伸出长度对焊枪进行微调，焊接过程中为了防止熔化金属流淌，保护焊缝的正常成形将焊枪逆零件旋转方向偏移一定距离，如图4；
(E)、打开气瓶和水冷系统开关，用混合气体配比器调节好混合气体流量；
(F)、用熔化极混合体保护自动化焊，焊接时采用了多层多道焊焊接方法，即采用短路过渡打底焊和喷射过渡盖面焊的焊接方法。
(G)、按焊接工艺要求调节焊接工艺参数进行焊接；
(H)、焊接结束后，将焊后试样经目视和X光检查合格后进行力学性能检测。
进一步的，步骤(G)中焊接工艺参数为：保护气体是Ar+CO2，气体流量为15～20L/min，焊接温度≥16℃，焊丝伸长量7～10mm，
打底焊工艺参数：焊接电流为250～280A，焊接电压为23～28V，焊接速度为130～170mm/min，焊枪左/右摆动幅度0～3mm，焊枪摆动速度130～150mm/s，延时摆动时间：1～2s，焊枪左停时间：0.2～0.5s，焊枪右停时间：0.2～0.5s；盖面焊工艺参数：焊接电流为280～320A，焊接电压为28～32V，焊接速度为160～210mm/min，焊枪左/右摆动幅度15～20mm，焊枪摆动速度130～150mm/s，延时摆动时间：1～2s，焊枪左停时间：0.2～0.5s，焊枪右停时间：0.2～0.5s。
进一步的，保护气体Ar与CO2的流量比为：3:1。
进一步的，采用直径为φ1.2mm的H18CrMoA或H08Mn2SiA焊丝作为填充材料进行焊接。
进一步的，步骤(D)焊接过程中为了防止熔化金属流淌，保护焊缝的正常成形将焊枪逆零件旋转方向偏移一定距离，其焊接过程试样采取逆时针方向旋转。
进一步的，焊枪偏移角度γ3＝10°～20°，倾角过大时,会减小熔深、增加熔宽同时还容易使焊接时产生飞溅；焊丝距离工件表面距离H1＝1～3mm，焊丝伸出喷嘴长度H2＝7～10mm。
进一步的，焊接过程中，焊前焊枪提前送气0.8s，焊后焊枪滞后送气1.0s，收弧点与起弧点的搭接角度为8～10°。
进一步的，步骤(F)采用短路过渡打底焊和喷射过渡盖面焊的焊接方法，电弧电压和焊接电流的匹配关系在熔化极气体保护焊中，对于电流范围:100-450A对应着电压范围18-34V，如图5。
图2为待焊结构件局部焊缝的坡口尺寸。
(1)、圆角R1＝R2＝R3＝0.5～1.5mm，接头处应设置限位台阶，保证焊缝C值，方便工人操作。
(2)、坡口角度γ1＝γ2＝30°～45°，保证坡口角度一致性，便于自动化焊接。
(3)、C＝L2-L1＝2～4mm，L3≥10mm，避免焊后零件X光检测时，根部端面影响X光检测报告判片结果。
(4)、P＝0.5～1mm，坡口钝边过高(P＞1mm)焊接时易发生未焊透缺陷、未融合，降低零件合格率。H≥5mm，防止焊接时焊缝根部焊透。焊缝背面保护气体难以保护，易产生焊接缺陷。
(5)、φ1、φ2分别为焊接试验件内径和外径，d和D分别为焊缝接头装配要求加工的轴和孔的直径，其中d和D要求过盈配合，方便零件定位，去除暂焊工序，提高焊缝质量。
图3为待焊结构件焊装配后的尺寸，修配间隙通过零件自身尺寸保证。其中：圆角R＝0.5～1.5mm，坡口角度γ＝60°～90°，C＝2～4mm，L≥10mm，P＝0.5～1mm。
图4为焊接时工件旋转方向与焊枪角度。焊接过程中为了防止熔化金属流淌，保护焊缝的正常成形将焊枪逆工件旋转方向偏移一定距离。其中：焊枪偏移角度γ3＝10°～20°，倾角过大时,会减小熔深、增加熔宽同时还容易使焊接时产生飞溅。焊丝距离工件表面距离H1＝1～3mm，焊丝伸出喷嘴长度H2＝7～10mm。
图5为电弧电压和焊接电流的匹配关系。在熔化极气体保护焊中，电弧电压与所选用的焊接电流之间存在着较严格的匹配关系，对于一定的电流范围，对应着一定电压范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(A)、将待焊结构件焊接部位加工开U型坡口；
(B)、焊前对待焊零件进行喷砂处理，去除零件表面油污、铁锈污染物；
(C)、将零件进行装配，焊缝接头结构采用锁底焊接头方式，通过零件自身尺寸控制焊接修配间隙，装配方式采取过盈配合；
(D)、打开焊接设备电源开关，将装配好的待焊零件安放于焊接工装上，零件一端用三爪夹头夹紧，另一端用气缸顶紧；调节好焊枪角度并将焊枪固定，根据坡口角度和位置以及焊枪焊丝伸出长度对焊枪进行微调，焊接过程中为了防止熔化金属流淌，保护焊缝的正常成形将焊枪逆零件旋转方向偏移一定距离；
(E)、打开气瓶和水冷系统开关，用混合气体配比器调节好混合气体流量；
(F)、用熔化极混合体保护自动化焊，焊接时采用了多层多道焊焊接方法，即采用短路过渡打底焊和喷射过渡盖面焊的焊接方法；
(G)、按焊接工艺要求调节焊接工艺参数进行焊接；
(H)、焊接结束后，将焊后试样经目视和X光检查合格后进行力学性能检测。
2.根据权利要求1所述的大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，其特征在于：
步骤(G)中焊接工艺参数为：保护气体是Ar+CO2，气体流量为15～20L/min，焊接温度≥16℃，焊丝伸长量7～10mm，
打底焊工艺参数：焊接电流为250～280A，焊接电压为23～28V，焊接速度为130～170mm/min，焊枪左/右摆动幅度0～3mm，焊枪摆动速度130～150mm/s，延时摆动时间：1～2s，焊枪左停时间：0.2～0.5s，焊枪右停时间：0.2～0.5s；盖面焊工艺参数：焊接电流为280～320A，焊接电压为28～32V，焊接速度为160～210mm/min，焊枪左/右摆动幅度15～20mm，焊枪摆动速度130～150mm/s，延时摆动时间：1～2s，焊枪左停时间：0.2～0.5s，焊枪右停时间：0.2～0.5s。
3.根据权利要求2所述的大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，其特征在于：保护气体Ar与CO2的流量比为：3:1。
4.根据权利要求1所述的大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，其特征在于：采用直径为φ1.2mm的H18CrMoA或H08Mn2SiA焊丝作为填充材料进行焊接。
5.根据权利要求1所述的大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，其特征在于：步骤(D)焊接过程中为了防止熔化金属流淌，保护焊缝的正常成形将焊枪逆零件旋转方向偏移一定距离，其焊接过程试样采取逆时针方向旋转。
6.根据权利要求5所述的大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，其特征在于：焊枪偏移角度γ3＝10°～20°，倾角过大时,会减小熔深、增加熔宽同时还容易使焊接时产生飞溅；焊丝距离工件表面距离H1＝1～3mm，焊丝伸出喷嘴长度H2＝7～10mm。
7.根据权利要求1所述的大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，其特征在于：
焊接过程中，焊前焊枪提前送气0.8s，焊后焊枪滞后送气1.0s，收弧点与起弧点的搭接角度为8～10°。
8.根据权利要求1所述的大型厚壁结构件熔化极混合气体保护自动化焊接方法，其特征在于：步骤(F)采用短路过渡打底焊和喷射过渡盖面焊的焊接方法，电弧电压和焊接电流的匹配关系在熔化极气体保护焊中，对于电流范围:100-450A对应着电压范围18-34V。
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