CN110640271B - 低合金高强度钢t型全焊透接头横角焊位置的高效焊接工艺 - Google Patents

低合金高强度钢t型全焊透接头横角焊位置的高效焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，包括以下步骤：步骤1，在腹板的焊接处加工焊接坡口，并对焊接坡口周围20‑30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；步骤2，通过匹配合适的焊接材料和焊接参数在正面焊接坡口根部焊道焊接；步骤3，通过匹配合适的焊接材料和焊接参数在正面焊接坡口填充焊道焊接；步骤4，对焊接坡口的背面焊缝进行焊接。本发明能够实现T型全焊透角接头的横角焊位置焊接，可免除焊缝背面气刨清根工序，缩短T型全焊透角接头生产周期，同时减少因气刨坡口填充而产生的焊材消耗，能够有效提高焊接效率，同时减少生产成本。

Description

低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的高效焊接工艺
技术领域
本发明涉及低合金高强度钢焊接技术，具体涉及一种低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的高效焊接工艺。
背景技术
随着桥梁、隧道等建筑的技术指标、寿命要求的提高，其承力的钢筋混凝土结构已经逐渐被高强度结构钢设计的结构所替代。而T型全焊透焊接接头是钢结构工程重要焊接节点，通常其焊接采用常规CO2气体保护焊或手工焊条电弧焊，由于该类焊接方式熔透能力有限，根部焊道背面成形较差，还容易出现未焊透的焊接缺陷，因此，完成正面坡口的根部焊道和填充焊道的焊接后，还需要采用气刨方式在进行背面清根处理，最后完成坡口背面的焊接填充。T型接头的背面气刨清根处理工序总体耗时较大，严重阻碍了生产建造效率的提高，而且，气刨清根坡口填充还需要额外增加焊材的消耗。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的高效焊接工艺，能够有效提高根部焊道熔透能力，解决打底焊道背面未焊透焊接缺陷的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，包括以下步骤：
步骤1，焊接坡口加工及清理
在腹板的焊接处加工焊接坡口，并对焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；其中，腹板、面板分别为低合金高强度结构钢Q390、Q420；
步骤2，在正面焊接坡口根部焊道焊接
对焊枪气咀进行加工使导电咀相对气咀端部具有3-5mm的伸出量，然后选取满足AWS A5.18标准中E70C-6M型号规定要求且直径规格为1.4mm的金属粉芯焊丝作为填充焊丝，并选取包含有氩气及二氧化碳的混合气体作为保护气体，通过焊接小车夹持焊枪在正面焊接坡口的根部焊道实施焊接，其中，焊接参数为：焊接电流330-360A、焊接电压27-29V、焊丝干伸长度12-15mm、保护气体流量20-25L/min；
步骤3，正面焊接坡口填充焊道焊接
选取满足AWS A5.20标准中E71T-1C型号规定要求且直径规格为1.2mm的药芯焊丝作为填充焊丝，并采用纯度≥99.5％的二氧化碳气体作为保护气体，进行正面焊接坡口填充焊道焊接；其中，焊接参数为：焊接电流220-240A、焊接电压28-30V、焊丝干伸长度15-20mm、保护气体流量20-25L/min；采用直流反接方式焊接；
步骤4，对焊接坡口的背面焊缝进行焊接。
进一步的，步骤1中，当腹板的厚度≤18mm时，焊接坡口为单边V型坡口，坡口角度45°，钝边3mm，根部间隙0-1mm；当腹板的厚度＞18mm时，则焊接坡口为K型坡口，正面、背面坡口角度为45°，钝边3mm，根部间隙0-1mm。
进一步的，步骤5中，当腹板的厚度≤18mm时，采用步骤2的方式实施背面焊缝的焊接；当腹板的厚度＞18mm时，先采用步骤2的方式实施背面根部的焊道焊接，然后再采用步骤3的方式实施背面填充焊道焊接。
进一步的，步骤2中，所采用的焊接电源为林肯Power Wave S500。
进一步的，步骤3中，所采用的焊接电源为能够输出直流电且额定输出≥500A的电源。
进一步的，步骤3中，焊接过程每道焊缝焊接后需要进行严格的清渣工作，同时控制道间温度低于等于230℃。
进一步的，步骤2中，混合气体成分为80％的氩气和20％的二氧化碳。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过严格控制焊接坡口参数、采用合适的焊接设备、匹配合适的焊接材料和焊接参数进行根部焊道焊接，再采用常规CO2气体保护焊工艺进行坡口填充和盖面，可以提高根部焊道熔透能力，避免背面气刨清根处理工艺，同时能够确保焊缝质量，实现T型全焊透角接接头的高效焊接。
本发明能够实现T型全焊透角接头的横角焊位置焊接，避免焊缝背面气刨清根工序，缩短T型全焊透角接头生产周期，同时减少因气刨坡口填充而产生的焊材消耗，能够有效提高焊接效率，同时减少生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为腹板≤18mm时的焊接坡口结构示意图；
图2为腹板＞18mm时的焊接坡口结构示意图；
图3为腹板≤18mm时的焊道布置图；
图4为腹板＞18mm时的焊道布置图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施方式公开了一种低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，包括以下步骤：
步骤1，焊接坡口加工及清理
在腹板的焊接处加工焊接坡口，并对焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；其中，腹板、面板分别为低合金高强度结构钢Q390、Q420。对于不同厚度的腹板，所加工的焊接坡口不同，具体的
当腹板的厚度≤18mm时，焊接坡口为单边V型坡口，坡口角度45°，钝边3mm，根部间隙0-1mm，具体参见图1；
当腹板的厚度＞18mm时，则焊接坡口为为K型坡口，正面、背面坡口角度为45°，钝边3mm，根部间隙0-1mm，具体参见图2。
焊接过程中，可采用小车式火焰切割设备对腹板进行焊接坡口加工。
本发明实施方式中，V型坡口加工方便，加工成本低，同时易于控制坡口精度，对于板厚≤18mm的薄板具有更好的应用优势。坡口角度以45°为最佳，角度过小则影响焊接过程的熔透能力，增加焊接难度；角度过大则增加焊材消耗，同时增加焊接热影响区范围，增大焊接变形。钝边尺寸以3mm为最佳，钝边尺寸过小则容易发生焊接烧穿现象，钝边尺寸过大则容易在坡口根部形成未焊透的焊接缺陷。
而对于K型坡口，一方面能够减小坡口截面积，进而减小焊材消耗；另一方面可以使接头受热均匀分布在焊缝正面、背面，减小焊接变形，在板厚＞18mm的厚板具有更好的应用优势。坡口角度与钝边尺寸的设计原理与上述相同，这里不再赘述。
本发明实施方式中，对焊接坡口面及其两侧20mm范围内的氧化层、铁锈、水分、油污等杂质进行清理，以避免杂质进入焊缝区域会降低焊缝金属的抗裂性，其中，水分、油污的杂质可采用火焰烘烤去除，氧化层、铁锈的杂质采用机械打磨方式清理。
步骤2，在正面焊接坡口根部焊道焊接
对焊枪气咀进行加工使导电咀相对气咀端部具有3-5mm的伸出量，然后选取满足AWS A5.18标准中E70C-6M型号规定要求且直径规格为1.4mm的金属粉芯焊丝作为填充焊丝，并选取包含有80％氩气含量及20％二氧化碳含量的混合气体作为保护气体，通过焊接小车夹持焊枪在正面焊接坡口的根部焊道实施焊接，其中，焊接参数为：匹配焊接电流330-360A、焊接电压27-29V、焊丝干伸长度12-15mm、保护气体流量20-25L/min；在焊接时，选择混合气体保护的脉冲焊接模式进行焊接；
其中，导电咀相对气咀设计一定的伸出量，能够在根部焊道焊接过程中避免焊丝干伸长度过长，确保根部焊道焊接稳定性，但是伸出量过长会影响保护气体的保护效果，因此对焊枪气咀进行加工使导电咀相对气咀端部具有3-5mm的伸出量时较佳。
具体的，步骤2中，所采用的焊丝为天泰TEC-70的金属粉芯焊丝。当然，本发明所采用的焊接材料并不限于天泰TEC-70的金属粉芯焊丝，可根据需求具体选择，只要满足焊接材料满足AWS A5.18标准中E70C-6M型号的规定要求即可。
其中，本步骤中所采用的焊接电源为林肯Power Wave S500，能够提供稳定的脉冲电流，且电弧熔透能力更强。
焊接过程中，根部焊道的焊接参数稳定性是避免根部缺陷的重要控制因素，而采用焊接小车夹持焊枪实施焊接，可以避免人工施焊过程出现的不稳定因素，能够确保根部焊道焊接过程的稳定性。
本发明实施方式中，相比药芯焊丝，金属粉芯焊丝缺乏相关的稳弧剂，而且脱氧元素含量较小，采用纯CO2保护气体进行焊接时会产生大量飞溅。而采用80％氩气含量及20％二氧化碳含量的混合气体作为保护气体，由于氩气电离所需能量较低，能够起到稳定电弧和稳定熔滴过渡过程的作用，而少量的CO2气体能够使焊接电弧和熔池中具有一定的氧分压，避免氢元素进入焊缝金属，减少冷裂纹敏感性。
本发明实施方式中，焊接参数直接影响着焊接电弧过程和熔池状态，根据焊丝和焊接电源特性正确地匹配焊接参数，才能确保焊接电弧的稳定性，同时保证焊接电弧的焊透能力。
步骤3，正面焊接坡口填充焊道焊接，
选取满足AWS A5.20标准中E71T-1C型号规定要求且直径规格为1.2mm的药芯焊丝作为填充焊丝，并采用纯度≥99.5％的二氧化碳气体作为保护气体，进行正面焊接坡口填充焊道焊接；其中，焊接参数为：匹配焊接电流220-240A、焊接电压28-30V、焊丝干伸长度15-20mm、保护气体流量20-25L/min；焊接时采用直流反接方式焊接；
其中，当腹板的厚度≤18mm时，焊道布置可参阅图3；而当腹板的厚度＞18mm时，焊道布置可参阅图4。
具体的，步骤3中，所采用的焊丝为京群GFL-71的药芯焊丝。当然，本发明所采用的焊接材料并不限于京群GFL-71的药芯焊丝，可根据需求具体选择，只要满足焊接材料满足AWS A5.20标准中E71T-1C型号的规定要求即可。
本发明实施方式中，焊丝规格为1.2mm，为常用的规格。填充焊道焊接参数的匹配一方面影响着填充焊道的焊接稳定性，另一方面影响着填充焊道的热过程，进而影响上道焊道的性能。而根部焊道的性能避免根部焊接裂纹的关键控制要素，为了避免填充焊道热过程恶化根部焊道性能，必须严格控制填充焊道焊接参数。
而在焊接过程中，药芯焊丝CO2气体保护焊采用直流反接方式其焊接过程更稳定，焊缝成形更佳。
本步骤中，所采用的焊接电源为能够输出直流电且额定输出≥500A的电流。
在焊接过程中，每道焊缝焊接后需要进行严格的清渣工作，同时控制道间温度低于等于230℃。
步骤4，对焊接坡口的背面焊缝进行焊接。由于腹板的厚度不同，因此对焊接坡口的背面焊缝进行焊接时的方式也有所不同，具体的
当腹板的厚度≤18mm时，采用步骤2的方式实施背面焊缝的焊接；
当腹板的厚度＞18mm时，先采用步骤2的方式实施背面根部的焊道焊接，然后再采用步骤3的方式实施背面填充焊道焊接。
如图3所示，板厚≤18mm为V型坡口背面只需焊一道焊缝，背面一道焊缝采用步骤2的熔透能力更强的工艺实施，确保焊透性。
如图4所示，板厚＞18mm的K型坡口背面需要焊接多道焊，首先采用步骤2的熔透能力更强的工艺实施后，再采用步骤3的工艺实施填充和盖面焊接，以降低焊接难度和焊接成本。
检测结果
焊接结束后，对本发明实施方式的焊缝外观进行检测，结果显示：焊缝外观满足GB/T19418中B级要求。
焊接结束24h后，按照GB/T 26951-2011《焊缝无损检测磁粉检测》标准对本发明实施方式的焊缝表面进行磁粉检测，结果显示：焊缝表面质量能够满足GB/T 26952-2011《焊缝无损检测焊缝磁粉检测验收等级》标准中2X等级验收要求。
按照GB/T 11345-2013《焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定》标准中检测技术等级B级要求对本发明实施方式的焊缝进行超声波检测，焊缝质量能满足GB/T29712-2013《焊缝无损检测超声检测验收等级》标准中2级验收要求。
从本发明实施方式的焊接接头中截取2个金相试样进行低倍宏观金相检测，检测结果表明，焊缝已全焊透，焊缝中无气孔、裂纹、夹渣、未熔合、未焊透等焊接缺陷。
对本发明实施方式的焊接接头进行硬度测试，母材区最高硬度为HV191，热影响区最高硬度为HV206，焊缝区最高硬度HV189，均小于HV350。
最终测试表面，本发明实施方式的焊接工艺评定满足GB/T 19869.1-2005《钢、镍及镍合金的焊接工艺评定试验》标准要求，焊接工艺评定获得监理工程师认可。
本发明通过严格控制焊接坡口参数、采用合适的焊接设备、匹配合适的焊接材料和焊接参数进行根部焊道焊接，再采用常规CO2气体保护焊工艺进行坡口填充和盖面，可以提高根部焊道熔透能力，避免背面气刨清根处理工艺，同时能够确保焊缝质量，实现T型全焊透角接接头的高效焊接。
本发明能够实现T型全焊透角接头的横角焊位置焊接，避免焊缝背面气刨清根工序，缩短T型全焊透角接头生产周期，同时减少因气刨坡口填充而产生的焊材消耗，能够有效提高焊接效率，同时减少生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，焊接坡口加工及清理
在腹板的焊接处加工焊接坡口，并对焊接坡口周围20-30mm范围内的氧化层及杂质进行清理；其中，腹板、面板分别为低合金高强度结构钢Q390、Q420；
步骤2，在正面焊接坡口根部焊道焊接
对焊枪气咀进行加工使导电咀相对气咀端部具有3-5mm的伸出量，然后选取满足AWSA5.18标准中E70C-6M型号规定要求且直径规格为1.4mm的金属粉芯焊丝作为填充焊丝，并选取包含有氩气及二氧化碳的混合气体作为保护气体，通过焊接小车夹持焊枪在正面焊接坡口的根部焊道实施焊接，其中，焊接参数为：焊接电流330-360A、焊接电压27-29V、焊丝干伸长度12-15mm、保护气体流量20-25L/min；
步骤3，正面焊接坡口填充焊道焊接
选取满足AWS A5.20标准中E71T-1C型号规定要求且直径规格为1.2mm的药芯焊丝作为填充焊丝，并采用纯度≥99.5％的二氧化碳气体作为保护气体，进行正面焊接坡口填充焊道焊接；其中，焊接参数为：焊接电流220-240A、焊接电压28-30V、焊丝干伸长度15-20mm、保护气体流量20-25L/min；采用直流反接方式焊接；
步骤4，对焊接坡口的背面焊缝进行焊接。
2.如权利要求1所述低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，其特征在于，步骤1中，当腹板的厚度≤18mm时，焊接坡口为单边V型坡口，坡口角度45°，钝边3mm，根部间隙0-1mm；当腹板的厚度＞18mm时，则焊接坡口为K型坡口，正面、背面坡口角度为45°，钝边3mm，根部间隙0-1mm。
3.如权利要求2所述低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，其特征在于，步骤5中，当腹板的厚度≤18mm时，采用步骤2的方式实施背面焊缝的焊接；当腹板的厚度＞18mm时，先采用步骤2的方式实施背面根部的焊道焊接，然后再采用步骤3的方式实施背面填充焊道焊接。
4.如权利要求1所述低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，其特征在于，步骤2中，所采用的焊接电源为林肯Power Wave S500。
5.如权利要求1所述低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，其特征在于，步骤3中，所采用的焊接电源为能够输出直流电且额定输出≥500A的电源。
6.如权利要求1所述低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，其特征在于，步骤3中，焊接过程每道焊缝焊接后需要进行严格的清渣工作，同时控制道间温度低于等于230℃。
7.如权利要求1所述低合金高强度钢T型全焊透接头横角焊位置的焊接工艺，其特征在于，步骤2中，混合气体成分为80％的氩气和20％的二氧化碳。
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