CN109926698A - 一种单面焊接双面成型的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单面焊接双面成型的焊接工艺，步骤为：（一）在焊缝处开Y形坡口，对坡口进行清理；（二）将工件倾斜放置，放置时焊缝朝上，焊接的起弧端高于收弧端；（三）采用气体保护焊的方式从起弧端焊接至收弧端，焊接时焊丝与焊缝在同一竖直面内且焊丝相对于焊缝倾斜设置，焊丝的前端靠近起弧端一侧。采用本工艺焊接时，熔化的金属液体可以沿焊缝流动，操作者只需要通过焊丝控制焊接速度即可对焊缝的成型质量进行控制，不仅避免了液体在背面形成焊瘤，还可以避免未焊透、未熔合的缺陷，提高了焊缝质量，降低了焊接难度，操作简单，效率高。

Description

一种单面焊接双面成型的焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种焊接压力容器或压力管道的工艺方法，尤其是一种CO₂气体保护的单面焊接、双面成型的焊接工艺方法。

背景技术

卷焊是压力容器或压力管道的主要加工方式之一，该方法是将板状的金属材料进行卷弯，材料的两侧直边相对接，构成与工件轴线相平行的焊缝，最终通过焊接方式实现拼接。

在压力容器或压力管道的焊接中，要求所有的对焊焊缝为全熔透焊缝。但是受工件结构和尺寸的限制，无法进行双面焊接，因此要求首道打底的焊接即做到单面焊接双面成型，这对操作者的焊接技术要求非常高，容易造成背面未焊透、未熔合、焊缝超高、或出现焊瘤等缺陷，焊缝质量差，存在安全隐患，且效率低下。

另一方面，由于工件的内壁为筒状，因此焊接时无法使用衬板，更加提升了焊接的难度。

发明内容

本发明提出了一种单面焊接双面成型的焊接工艺，其目的是：提高焊接质量，降低焊接操作的难度，提高焊接效率。

本发明技术方案如下：

一种单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于步骤为：

（一）在焊缝处开Y形坡口，对坡口进行清理；

（二）将工件倾斜放置，放置时焊缝朝上，焊接的起弧端高于收弧端；

（三）采用气体保护焊的方式从起弧端焊接至收弧端，焊接时焊丝与焊缝在同一竖直面内且焊丝相对于焊缝倾斜设置，焊丝的前端靠近起弧端一侧。

作为该工艺的进一步改进：步骤（二）中确定工件的倾斜角度的方法是：设焊缝相对于水平面的倾斜角度为α，工件的板材厚度为x，坡口处的间隙为y，y≤5mm，Y形坡口的钝边高度为z，z≤6mm，则有：

α=max(arcsin[k*(40mm-x+(y-z)/2)/1000mm],5°)；

系数k的取值范围为15至18。

作为该工艺的进一步改进：k=16。

作为该工艺的进一步改进：焊丝与焊缝之间的夹角β为25°至35°。

作为该工艺的进一步改进：步骤（三）中焊接时，控制焊丝的前端始终位于焊丝熔化形成的流动熔池的下端处，以控制熔池的流动速度，并控制焊接速度为20-30cm/min。

作为该工艺的进一步改进：如果熔池流动的速度超过所要控制的焊接速度范围，则沿与焊缝垂直的方向水平左右摆动焊丝以降低流动速度，拨动的幅度不超过2mm；如果熔池流动的速度低于所要控制的焊接速度范围，则降低焊丝的移动速度。

作为该工艺的进一步改进：Y形坡口的坡口角度为55°至65°。

作为该工艺的进一步改进：起弧和收弧采用画圈法。

相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：（1）焊接时焊缝倾斜设置，使熔化的金属液体可以沿焊缝流动，操作者只需要通过焊丝控制焊接速度即可对焊缝的成型质量进行控制，不仅避免了液体在背面形成焊瘤，还可以避免未焊透、未熔合的缺陷，提高了焊缝质量，降低了焊接难度，并且无需衬板，也不需使用引弧板和收弧板，操作简单，效率高；（2）本工艺根据材料的厚度x、焊缝间隙y以及坡口处钝边高度z确定工件的倾斜角度，工件越厚、间隙越小、钝边越大，倾斜角度越小，有利于熔池在重力作用下渗透到焊缝底部位置，工件越薄、间隙越大、钝边越小，倾斜角度越大，有利于熔池沿焊缝快速移动，避免过多地渗透到焊缝底部位置形成焊瘤，同时角度的计算是以厚度x为主导，y和z通过乘以1/2减小对角度计算的影响，起到微调的作用，防止某些情况下计算出的角度过大，难以控制焊接速度；（3）焊丝相对于焊缝倾斜设置，一方面可以通过挡住熔池流动的方式控制其流动速度即焊接速度，另一方面由于焊丝与焊缝之间具有角度，因此当焊丝的伸出长度过长或过短时，焊丝末端与焊缝底部之间的距离值不会波动过大，防止焊穿或焊丝未能与熔池接触的情况发生；（4）本工艺方法还通过摆动的方式来控制熔池的流动速度，稳定焊接速度，防止形成焊瘤，进一步保证焊接质量。

附图说明

图1为实施例的操作示意图，图中只显示了焊缝处的工件材料，对其它部分的部分予以了省略。

图2为图1中A向示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

如图1和2，一种单面焊接双面成型的焊接工艺，步骤为：

（一）在焊缝处开Y形坡口，坡口角度为55°至65°；清理坡口表面及周边20mm范围内的铁锈、油污等，可以使用机械加工的方法，也可以使用有机溶剂浸泡的方法等，直至坡口露出金属表面。

（二）将工件倾斜放置，放置时焊缝朝上，焊接的起弧端高于收弧端。

倾斜角度的确定方法为：

设焊缝相对于水平面的倾斜角度为α，工件的板材厚度为x，坡口处的间隙为y，y≤5mm，Y形坡口的钝边高度为z，z≤6mm，则有：

α=max(arcsin[k*(40mm-x+(y-z)/2)/1000mm],5°)；

系数k的取值范围为15至18，优选k=16。

如果arcsin[k*(40mm-x+(y-z)/2)/1000mm]的计算结果小于5°，则将倾斜角度确定为5°。

（三）采用气体保护焊的方式从起弧端焊接至收弧端。焊接时焊丝与焊缝在同一竖直面内且焊丝相对于焊缝倾斜设置，焊丝的前端靠近起弧端一侧，焊丝与焊缝之间的夹角β为25°至35°。

在运条的过程中，控制焊丝的前端始终位于焊丝熔化形成的流动熔池的下端处，通过焊丝的上推力控制熔池金属的流动速度和方向，以形成必要的焊缝宽度，达到全焊透的效果。焊接速度需要控制在20-30cm/min。焊接速度过慢，不利于焊道的成型，同时也会增加热输入量，降低焊接接头性能；当焊接速度过快，会引发未熔合等缺陷。

焊接时，还需要控制焊丝伸出焊枪的长度，控制原则是，当焊丝的前端位于坡口底部时，焊枪距离工件3mm-5mm。

焊接起弧和收弧都采用画圈法，中间采用直线或锯齿运条的方法。如果熔池流动的速度超过所要控制的焊接速度范围，则沿与焊缝垂直的方向水平左右摆动焊丝以降低流动速度，拨动的幅度不超过2mm；如果熔池流动的速度低于所要控制的焊接速度范围，则降低焊丝的移动速度。

焊接的过程中还要倾听焊接过程中的声音，如果听到啪啪或噗噗的声音，需要更改焊接电流或焊接电压，啪啪声需要降低焊接电流，噗噗声需要降低焊接电压。

本实施例中，焊接参数选择如下：

（1）使用直流电-反接，调节电压到18-22V,电流到110-135A，电流过大易导致烧穿、飞溅增多、咬边等缺陷，电流过小容易造成未焊透、熔合不良等缺陷；

（2）使用直径为1.2mm或1mm的ER70S-6（或ER50-6）的实芯焊丝，ER70S-6具有优良的焊接工艺性能，电弧燃烧稳定，飞溅少，焊缝成型美观，适宜较宽的焊接电流；可以在ER70S-6中添加0.01%-0.2%的钛，增加焊接熔滴表面张力和电弧的挺度，从而细化焊接熔滴尺寸，增加熔深；

（3）采用的气源为：20%CO₂、80%Ar，保护气源以Ar为主，Ar能有效的隔绝空气，适用范围广，焊缝成形质量好。

（4）使用长电弧预热待焊工件，每次预热时间为1.5s，间歇时间为3s-4s；越厚的工件，需要预热的次数越多，预热次数最多不超过4次。

本工艺方法操作难度低，只要保证焊接参数和工件角度，具有基本焊接技能水平的焊工也可以快速、顺利地完成单面焊接双面成型的工作，且成型面光滑圆润，不易出现焊瘤、未焊透等缺陷。另一方面，焊缝背面不需要增加衬板，也不需要引弧板和収弧板，减少了焊接成本，提高了焊接效率，非常适用于压力容器等难以增加衬板但又需要保证单面焊接双面成型的工件。

Claims (8)

1.一种单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于步骤为：

（一）在焊缝处开Y形坡口，对坡口进行清理；

（二）将工件倾斜放置，放置时焊缝朝上，焊接的起弧端高于收弧端；

（三）采用气体保护焊的方式从起弧端焊接至收弧端，焊接时焊丝与焊缝在同一竖直面内且焊丝相对于焊缝倾斜设置，焊丝的前端靠近起弧端一侧。

2.如权利要求1所述的单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于：步骤（二）中确定工件的倾斜角度的方法是：设焊缝相对于水平面的倾斜角度为α，工件的板材厚度为x，坡口处的间隙为y，y≤5mm，Y形坡口的钝边高度为z，z≤6mm，则有：

α=max(arcsin[k*(40mm-x+(y-z)/2)/1000mm],5°)；

系数k的取值范围为15至18。

3.如权利要求2所述的单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于：k=16。

4.如权利要求1所述的单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于：焊丝与焊缝之间的夹角β为25°至35°。

5.如权利要求1所述的单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于：步骤（三）中焊接时，控制焊丝的前端始终位于焊丝熔化形成的流动熔池的下端处，以控制熔池的流动速度，并控制焊接速度为20-30cm/min。

6.如权利要求5所述的单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于：如果熔池流动的速度超过所要控制的焊接速度范围，则沿与焊缝垂直的方向水平左右摆动焊丝以降低流动速度，拨动的幅度不超过2mm；如果熔池流动的速度低于所要控制的焊接速度范围，则降低焊丝的移动速度。

7.如权利要求1所述的单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于：Y形坡口的坡口角度为55°至65°。

8.如权利要求1至7任一所述的单面焊接双面成型的焊接工艺，其特征在于：起弧和收弧采用画圈法。