CN110640272B - 带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺 - Google Patents

带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，包括以下步骤：清除低合金高强度钢纵骨及面板焊接位置的油污、水分及杂质；将纵骨装配在面板上，然后进行定位焊缝的焊接；选择合适的L极焊丝、T极焊丝作为焊接材料；调节焊枪角度和焊枪间距；设置合适的焊接参数，通过气体保护焊方式进行焊接；焊接过程中，焊接参数根据焊脚尺寸在合理参数范围内进行微调。本发明能够实现带车间底漆低合金高强度钢纵骨的门架式双侧双丝气体保护焊，可以提高型材角焊缝焊接效率，有效降低焊接气孔敏感性，提高焊接质量，同时可以减少焊后返修量，降低返修成本。

Description

带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊 工艺
技术领域
本发明涉及低合金高强度钢焊接技术，具体涉及一种带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺。
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的设计结构所替代，结构设计中也采用了较多的纵骨结构，以双侧角焊缝焊接节点为主。该类角焊缝焊接过程通常采用半自动CO2气体保护焊方式，多为单侧单丝焊接，焊接速度慢，焊接效率较低。
钢结构中纵骨结构分布通常较为规则，门架式多机头的纵骨焊接设备具有非常大的应用空间，能够实现多根纵骨双侧双丝焊接，可大幅提高焊接速度和焊接效率。在焊接材料的应用方面，高速焊的纵骨焊接通常匹配半金属粉芯焊丝，该类焊丝的药芯中添加了部分铁粉，提高熔敷效率，可降低气孔敏感性。但是纵骨型材通常喷涂有车间底漆进行防锈，半金属粉芯焊丝焊接带车间底漆型材时其抗气孔能力还是有所不足，焊缝内部也不可避免产生焊接气孔的缺陷，难以稳定焊接质量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，解决了带车间底漆的低合金高强度钢纵骨的门架式双侧双丝气体保护焊气孔缺陷问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，包括以下步骤：
步骤1，清除低合金高强度钢中纵骨及面板焊接区域的油污及水分，并采用机械打磨方式打磨焊缝区域及其附近的焊点、氧化物、铁锈及其他杂质；
步骤2，将纵骨装配在面板上，然后采用半自动式CO2气体保护焊方式进行定位焊缝的焊接，其中定位焊缝的长度为50mm-60mm，定位焊缝间距为500mm-600mm；
步骤3，选择直径规格为1.4mm金属粉芯焊丝作为L极焊丝，选择直径规格为1.4mm的半金属粉芯焊丝作为T极焊丝进行焊接；其中，L极焊丝符合AWS A5.18标准中E70C-G 型号的规定要求，T极焊丝符合AWS A5.20标准中E70T-1C型号的规定要求；
步骤4，调节焊枪角度和焊枪间距，其中焊枪与面板的夹角为45°-50°，L极前倾5°-7°，T极后倾7°-10°，同时确保L极导电嘴到焊接工件间焊丝伸出长度15-20mm、T极导电嘴到焊接工件间焊丝伸出长度20-25mm，L极与T极的焊丝端部间距为25-30mm；
步骤5，将焊接速度设置为70-90cm/min，根据以下L极、T极焊接参数，通过气体保护焊方式进行焊接，其中
L极：焊接电流280-360A，焊接电压30-34V；
T极：焊接电流250-320A，焊接电压30-36V；
焊接过程中，焊接参数根据焊脚尺寸在以上参数范围内进行微调。
进一步的，步骤5中，焊接时，焊接电源采用直流反接的电流特性，L极焊接电源控制档调节至直径规格为1.4mm实芯焊丝CO2气体保护焊控制档，T极焊接电源控制档调节至直径规格为1.4mm药芯焊丝CO2气体保护焊控制档。
进一步的，步骤5中，采用气体保护焊方式进行焊接时，采用纯度≥99.5％的CO2气体作为保护气体，保护气体流量为20-25L/min。
进一步的，步骤5中，焊接过程持续监控焊接熔池，根据焊接熔池状态及时对焊接参数进行微调。
进一步的，步骤2中，进行焊接时，所采用的药芯焊丝满足AWS A5.20标准中E71T-1C 型号的规定要求。
进一步的，步骤2中，所采用的药芯焊丝为京群GFL-71牌号的药芯焊丝。
进一步的，步骤3中，L极焊丝为京群GCL-11G牌号的金属粉芯焊丝，T极焊丝为京群GFL-70C牌号的金属粉芯焊丝。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过严格进行钢材装配和定位焊、调节合适的焊枪角度和间距、选择合适的金属粉芯焊丝和半金属粉芯焊丝组合并搭配合适的焊接工艺参数进行焊接，可以有效降低焊接气孔敏感性，实现带底漆低合金高强度型材的高质量、高效率焊接。
本发明能够实现带车间底漆低合金高强度钢纵骨的门架式双侧双丝气体保护焊，可以提高型材角焊缝焊接效率，有效降低焊接气孔敏感性，提高焊接质量，同时可以减少焊后返修量，降低返修成本。
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为低合金高强度钢的装配结构示意图；
图2为焊接电极的配置图。
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带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，包括以下步骤：
步骤1，清除低合金高强度钢中纵骨及面板焊接区域的油污及水分，并采用机械打磨方式打磨焊缝区域及其附近的焊点、氧化物、铁锈及其他杂质；
图1中，左图为纵骨与面板装配在一起后的主视图，右图为其左视图。其中，本发明实施方式中，面板和纵骨都是低合金高强度结构钢，在进入生产车间前都经过了除锈处理并喷涂了防锈用的车间底漆。纵骨，在角焊缝焊接接头中，也称为腹板、型材等。纵骨双侧双丝气体保护焊工艺为高速焊接工艺，焊接气孔敏感性极大，需要从焊接材料、焊接工艺角度出发降低其气孔生成。
本发明实施方式中，纵骨及面板的材质均为带车间底漆的低合金高强度钢Q390，所采用的面板为Q420C低合金高强度钢，厚度为30mm，尺寸为30mm×350mm×1200mm；纵骨为Q390C低合金高强度钢，尺寸为12mm×150mm×1200mm，车间底漆为F-6001，底漆干膜厚度为15-25μm。
焊接前不开坡口，采用火炬烘烤清楚焊接位置上的油污及水分，以避免油污和水分会将氢元素带入焊缝，危害焊缝质量；并采用机械打磨方式磨平焊缝位置的焊点、飞溅等突起物，以及氧化物、铁锈等杂物，避免突起物影响纵骨装配间隙，避免杂质造成夹渣等缺陷。
步骤2，将纵骨装配在面板上，装配后检查纵骨的平直度和垂直度，避免纵骨弯曲变形和倾斜；然后采用半自动式CO2气体保护焊方式进行定位焊缝的焊接，其中定位焊缝的长度为50mm-60mm，定位焊缝间距为500mm-600mm，具体参见图1；定位焊完成后，对定位焊缝表面焊渣进行清理，并采用砂轮将定位焊缝表面打磨光顺，以避免形成夹渣、未熔合的焊接缺陷。
其中，在进行定位焊缝的焊接时，所采用的药芯焊丝满足AWS A5.20标准中E71T-1C型号的规定要求，以确保定位焊缝强度与母材相匹配。
具体的，步骤2中，所采用的药芯焊丝为京群GFL-71牌号的药芯焊丝，直径规格为1.2mm。当然，本发明所采用的焊接材料并不限于京群GFL-71牌号的药芯焊丝，可根据需求具体选择，只要焊接材料满足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，由于焊接过程有焊接变形，因此若定位焊缝长度过小，或定位焊缝间距过大，定位焊缝则难以提供足够的拘束而形成焊接裂纹。而由于本发明实施方式中焊接板材为低合金高强度钢焊接板材，当定位焊缝长为50-60mm且焊缝间距为500-600mm时可以提供足够的拘束力，使定位焊缝不容易开裂，利于后续的焊接。
步骤3，选择直径规格为1.4mm金属粉芯焊丝作为L极焊丝，选择直径规格为1.4mm的半金属粉芯焊丝作为T极焊丝进行焊接；其中，L极焊丝符合AWS A5.18标准中E70C-G 型号的规定要求，T极焊丝符合AWS A5.20标准中E70T-1C型号的规定要求，以确保焊缝强度与母材强度相匹配；
本发明实施方式中，焊丝采用金属粉芯焊丝搭配半金属粉芯焊丝的组合，一方面，L极的金属粉芯焊丝可以增加焊接熔敷效率，另一方面，T极的半金属粉芯焊丝能够产生焊渣，为焊缝金属提供保护，同时改善盖面焊接成形。
具体的，本发明实施方式中，L极焊丝为京群GCL-11G牌号的金属粉芯焊丝，其直径规格为1.4mm；T极焊丝为京群GFL-70C牌号的金属粉芯焊丝，其直径规格为1.4mm。
步骤4，调节焊枪角度和焊枪间距，其中焊枪与面板的夹角为45°-50°，L极前倾5°-7°，T极后倾7°-10°，同时确保L极导电嘴到焊接工件间焊丝伸出长度15-20mm、T极导电嘴到焊接工件间焊丝伸出长度20-25mm，L极与T极的焊丝端部间距为25-30mm，具体参见图2；
焊接前，选择合适的焊枪角度、焊枪间距、焊丝伸出长度，对于控制焊接飞溅、焊接气孔、焊缝成形具有重要作用。试验研究表明，L极为先行电极，电极前倾时，电弧吹力使熔池向后推移，电弧热量集中于未熔化的母材，利于形成熔透深的焊道，主要起到提高焊接熔深的作用。T极为后行电极，电极后倾时，电弧吹力使熔池向前推移，电弧作用集中于焊接熔池，在一定程度上会削弱电弧往熔深方向上的作用力，利于形成熔深浅、熔宽大的焊道，主要起到改善外观成型的作用。但是L极前倾角度过大容易干扰到T极电弧过程，同样T极后倾角度过大也容易干扰到L极电弧过程，都会影响焊接稳定性。L极与T极的间距过小，也会增大两电极之间的相互干扰作用。间距过大，则容易形成焊接夹渣缺陷。因此，设计成本步骤的参数时，焊接较为稳定，而且不容易形成焊接夹渣缺陷。
而干伸长度过大，焊丝电阻增大，焊丝过热从而影响熔滴过渡稳定性，而且气咀和熔池间距离的增加还影响气体的保护效果，均会增加焊接飞溅，影响焊缝成形。干伸长度过小，导电咀与焊接电弧距离过小，容易使导电嘴过热而损坏导电嘴。
L极和T极相比，L极为金属粉芯焊丝，焊丝中缺乏稳弧剂，为了降低焊接飞溅需要匹配更小的干伸长度；T极为半金属粉芯焊丝，芯部含有稳弧剂，可以在保持电弧稳定性的前提下适当提高干伸长度，增加焊丝电阻热作用，以提高焊接熔敷效率。而当L极导电嘴到焊接工件间焊丝伸出长度15-20mm、T极导电嘴到焊接工件间焊丝伸出长度20-25mm时，不仅降低了焊接飞溅，而且具有较高的焊接熔敷效率。
步骤5，将焊接速度设置为70-90cm/min，根据以下L极、T极焊接参数，通过气体保护焊方式进行焊接，其中
L极：焊接电流280-360A，焊接电压30-34V；
T极：焊接电流250-320A，焊接电压30-36V；
焊接过程中，焊接参数根据焊脚尺寸在以上参数范围内进行微调。
具体的，步骤5中，焊接过程中焊接电源采用直流反接的电流特性，L极焊接电源控制档调节至直径规格为1.4mm实芯焊丝CO2气体保护焊控制档，T极焊接电源控制档调节至直径规格为1.4mm药芯焊丝CO2气体保护焊控制档。
二氧化碳气体保护焊为了保持电弧稳定，确保焊缝成形良好，减小焊接飞溅，因此一般采用直流反接方式。而由于不同焊丝种类、不同焊丝直径、不同保护气体下焊接特性存在较大的不同，焊机通常会具备多种可选的模式，焊接输出模式的选择会影响到焊接过程的稳定性。本发明实施方式中保护气体为二氧化碳，L极焊丝为1.4mm的金属粉芯焊丝，而金属粉芯焊丝焊接特性与实芯焊丝相同，故L极焊接电源控制档调节至直径规格为1.4mm实芯焊丝 CO2气体保护焊控制档。而T极焊丝为1.4mm的半金属粉芯焊丝，芯部含有部分药剂，与药芯焊丝的焊接特性相近，故T极焊接电源控制档调节至直径规格为1.4mm药芯焊丝CO2气体保护焊控制档。
焊接过程中，采用气体保护焊方式进行焊接时，采用纯度≥99.5％的CO2气体作为保护气体，保护气体流量为20-25L/min，避免形成焊接气孔。
焊接过程持续监控焊接熔池，根据焊接熔池状态及时对焊接参数进行微调，以确保焊接熔池的稳定。
焊接结束后，对本发明实施方式焊接后的焊缝外观进行检测，结果为：上焊脚尺寸7mm，下焊脚尺寸7.5mm，焊缝表面成形良好，焊缝外观满足ISO 5817或GB/T 19418中B级要求。
焊接结束24h后，对本发明实施方式焊接后的焊缝表面进行磁粉检测，焊缝表面无裂纹缺陷，满足GB/T 26952-2011的2X要求。
从焊接接头中截取2个低倍金相检测试样，焊缝成形良好，根部无未熔合、裂纹、气孔等焊接缺陷。
对焊接接头进行硬度测试，母材区最高硬度为HV224，热影响区最高硬度为HV214，焊缝区最高硬度HV199，均小于HV350。
最终测试标明，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。
综上所述，本发明通过严格进行钢材装配和定位焊、调节合适的焊枪角度和间距、选择合适的金属粉芯焊丝和半金属粉芯焊丝组合并搭配合适的焊接工艺参数进行焊接，可以有效降低焊接气孔敏感性，实现带底漆低合金高强度型材的高质量、高效率焊接。
本发明能够实现带车间底漆低合金高强度钢纵骨的门架式双侧双丝气体保护焊，可以提高型材角焊缝焊接效率，有效降低焊接气孔敏感性，提高焊接质量，同时可以减少焊后返修量，降低返修成本。
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)

1.一种带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，清除低合金高强度钢纵骨及面板焊接区域的油污及水分，并采用机械打磨方式打磨焊缝区域及其附近的焊点、氧化物、铁锈及其他杂质；
步骤2，将纵骨装配在面板上，然后采用半自动式CO2气体保护焊方式进行定位焊缝的焊接，其中定位焊缝的长度为50mm-60mm，定位焊缝间距为500mm-600mm；
步骤3，选择直径规格为1.4mm金属粉芯焊丝作为L极焊丝，选择直径规格为1.4mm的半金属粉芯焊丝作为T极焊丝进行焊接；其中，L极焊丝符合AWS A5.18标准中E70C-G型号的规定要求，T极焊丝符合AWS A5.20标准中E70T-1C型号的规定要求；
步骤4，调节焊枪角度和焊枪间距，其中焊枪与面板的夹角为45°-50°，L极前倾5°-7°，T极后倾7°-10°，同时确保L极导电嘴到焊接工件间焊丝伸出长度15-20mm、T极导电嘴到焊接工件间焊丝伸出长度20-25mm，L极与T极的焊丝端部间距为25-30mm；
步骤5，将焊接速度设置为70-90cm/min，根据以下L极、T极焊接参数，通过气体保护焊方式进行焊接，其中
L极：焊接电流280-360A，焊接电压30-34V；
T极：焊接电流250-320A，焊接电压30-36V；
焊接过程中，焊接参数根据焊脚尺寸在以上参数范围内进行微调。
2.如权利要求1所述带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，其特征在于，步骤5中，焊接时，焊接电源采用直流反接的电流特性，L极焊接电源控制档调节至直径规格为1.4mm实芯焊丝CO2气体保护焊控制档，T极焊接电源控制档调节至直径规格为1.4mm药芯焊丝CO2气体保护焊控制档。
3.如权利要求1所述带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，其特征在于，步骤5中，采用气体保护焊方式进行焊接时，采用纯度≥99.5％的CO2气体作为保护气体，保护气体流量为20-25L/min。
4.如权利要求1所述带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，其特征在于，步骤5中，焊接过程持续监控焊接熔池，根据焊接熔池状态及时对焊接参数进行微调。
5.如权利要求1所述带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，其特征在于，步骤2中，进行焊接时，所采用的药芯焊丝满足AWS A5.20标准中E71T-1C型号的规定要求。
6.如权利要求5所述带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，其特征在于，步骤2中，所采用的药芯焊丝为京群GFL-71牌号的药芯焊丝。
7.如权利要求6所述带车间底漆的低合金高强度钢角焊缝的双侧双丝气体保护焊工艺，其特征在于，步骤3中，L极焊丝为京群GCL-11G牌号的金属粉芯焊丝，T极焊丝为京群GFL-70C牌号的金属粉芯焊丝。
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