CN110773844B - 一种长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法，属于焊接领域。本发明中，碱性药芯焊丝使用下向焊焊接时，焊接极性为直流正接，同时保护气体使用纯CO2，保证了焊接时电弧吹力和熔深，使熔池流动均匀，使得焊缝成型好，特别是仰焊位置焊缝不易出现凸起现象，使焊接电弧具有足够的吹力将熔池向坡口两侧均匀摊开，整个环焊缝表面成型为平略凹形，焊后清理容易且不易产生未熔合缺陷，提高了焊接合格率。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法。
背景技术
长输管道建设中，药芯焊丝气保护全自动电弧焊一般采用的焊丝药粉主要成分为酸性氧化物，如金红石等，采用自动化的焊丝送进系统和焊接机头控制焊接电弧和焊丝送进，焊接方向是上向焊，保护气体采用氩气和二氧化碳的混合气体，采用酸性焊丝的主要目的是保证焊接时操作性能，该工艺方法主要用于焊缝的填充和盖面焊接，电源极性采用直流反接。与此类似，长输管道建设中另一种半自动药芯自保护焊接工艺方法，采用的药芯焊丝主要成分也是酸性氧化物，如金红石等，采用人工控制焊接电弧的移动，自动送丝系统控制焊丝送进，焊接方向是下向焊，电源极性采用直流正接。
现有技术全自动焊接时采用向上焊接方式，焊丝熔化进入管道焊缝时需要克服重力影响，所以需要下方已凝固焊缝金属具有一定的厚度进行支撑，所以采用上向焊接方法时单条焊缝厚度较厚，导致总焊接层数减少，进一步的，减少了后一道焊缝对前一道焊缝的后热次数，金属的晶粒组织得不到充分细化，减低了焊缝的韧性。原向上焊接工艺若直接改为向下焊接，会导致熔池流动不均，焊缝成型差，特别是下仰焊位置焊缝中央凸起的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法。本发明提供的焊接方法使熔池流动均匀，焊缝易成型，焊缝中央不易出现凸起现象。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法，包括以下步骤：
对长输管道进行管口组对后填盖碱性药芯焊丝，以纯CO2为保护气体，使用直流正接，进行下向自动焊焊接。
优选地，所述碱性药芯焊丝的直径不大于1.4mm。
优选地，所述下向自动焊焊接的焊接参数为多段设置。
优选地，所述多段设置为3～360段。
优选地，当所述多段设置为4段时，依次包括第一段设置、第二段设置、第三段设置和第四段设置；所述第一段设置的角度范围为0～40°，送丝速度为320IPM，行走速度为280mm/min，摆动速度为1.8mm/min，摆动幅度为6.0mm，左停留时间为0.25s，右停留时间为0.25s；所述第二段设置的角度范围为40～120°，送丝速度为310IPM，行走速度为250mm/min，摆动速度为1.6mm/min，摆动幅度为6.0mm，左停留时间为0.25s，右停留时间为0.25s；所述第三段设置的角度范围为120～150°，送丝速度为270IPM，行走速度为210mm/min，摆动速度为1.4mm/min，摆动幅度为5.0mm，左停留时间为0.25s，右停留时间为0.25s；所述第四段设置的角度范围为150～180°，送丝速度为240IPM，行走速度为180mm/min，摆动速度为1.2mm/min，摆动幅度为6.0mm，左停留时间为0.35s，右停留时间为0.35s。
优选地，所述碱性药芯焊丝的药芯部分包括以下质量分数的组分：CaF225～45％，CaO 25～40％，SiO220～40％和TiO210～20％。
优选地，所述碱性药芯焊丝的药芯部分中还包括碳酸钾和碳酸钠。
优选地，所述管口组对的坡口钝边为1.5～2.0mm，组对间隙为1.0～2.0mm。
优选地，所述管口组对使用内对口器或外对口器。
优选地，当所述长输管道有制管焊缝时，打磨焊缝至母材齐平，打磨长度不小于100mm，所述管口组对错边不大于壁厚的10％且沿所述长输管道的周长均匀分布。
本发明提供了一种长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法，包括以下步骤：对长输管道进行管口组对后填盖碱性药芯焊丝，以纯CO2为保护气体，使用直流正接，进行下向自动焊焊接。本发明中，碱性药芯焊丝使用下向焊焊接时，焊接极性为直流正接，同时保护气体使用纯CO2，保证了焊接时电弧吹力和熔深，使熔池流动均匀，使得焊缝成型好，特别是仰焊位置焊缝不易出现凸起现象，使焊接电弧具有足够的吹力将熔池向坡口两侧均匀摊开，整个环焊缝表面成型为平略凹形，焊后清理容易且不易产生未熔合缺陷，提高了焊接合格率。同时，本发明针对酸性气保护药芯焊丝扩散氢含量较高、上向焊焊接热输入大，焊接接头冲击韧性不高的缺点，使用碱性气保护药芯焊丝下向焊大大增加了焊接速度，减小了焊接热输入，同时因使用CO2作为保护气体，相较于80％Ar+20％CO2的混合气冷却速度更快，一定程度上减小了熔敷金属对较大热输入的敏感性，焊缝冲击性能更高，焊接接头力学性能更优。
进一步地，本方法使用的碱性药芯焊丝对扩散氢含量上限进行了限制，扩散氢上限为H4，焊接后的熔敷金属使用水银法和色谱法测定平均值低至3.2mL/100g，碱性药芯焊丝具有低的扩散氢含量及较少的有害杂质，保证焊缝组织大量的针状铁素体，进而获得了优异的力学性能，实施例的数据表明，本发明提供的焊接方法形成的焊材熔敷金属的抗拉强度高达649Mpa，屈服强度高达579Mpa。
附图说明
图1为内对口器进行管口组对的结构示意图；
图2为外对口器进行管口组对的结构示意图；
图3为焊缝的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法，包括以下步骤：
对长输管道进行管口组对后填盖碱性药芯焊丝，以纯CO2为保护气体，使用直流正接，进行下向自动焊焊接。
在本发明中，所述管口组对的坡口钝边优选为1.5～2.0mm，组对间隙优选为1.0～2.0mm。
在本发明中，所述焊接优选包括根焊、填充焊或盖面焊。
在本发明中，所述管口组对优选使用内对口器(见图1)或外对口器(见图2)。本发明对所述内对口器和外对口器的尺寸没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的尺寸即可。
在本发明中，当所述长输管道有制管焊缝(见图3)时，优选打磨焊缝至母材齐平，打磨长度不小于100mm，所述管口组对错边不大于壁厚的10％且沿所述长输管道的周长均匀分布。在本发明中，所述焊缝的深度优先为0～2mm，所述焊缝的宽度优选为2～3.5mm。
在本发明中，所述碱性药芯焊丝的药芯部分优选包括以下质量分数的组分：CaF225～45％，CaO 25～40％，SiO220～40％和TiO210～20％。本发明所述的碱性药芯焊丝在焊接弧柱气氛中的分压较低，且在高温时与氢化生成氟化氢，能够降低焊缝金属中的含氢量，有效提高焊缝韧性和抗裂能力。
在本发明中，所述碱性药芯焊丝的药芯部分中优选还包括碳酸钾和碳酸钠，所述碳酸钾的质量含量优选为1％～5％，所述碳酸钠的质量含量优选为1％～5％。在本发明中，所述碳酸钾和碳酸钠可以提供一定的电子辅助，进而减小焊接飞溅，提高电弧稳定性，在二氧化碳气体保护下焊接，相较自保护焊丝半自动焊接时烟尘较小，有利于保护环境，减少污染。本发明对所述碱性药芯焊丝的制备方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法制得即可。
在本发明中，所述碱性药芯焊丝的直径优选不大于1.4mm。
在本发明中，所述下向自动焊焊接的焊接参数优选为多段设置。在本发明中，所述下向自动焊焊接优选使用单焊炬外焊机进行。在本发明中，所述单焊炬外焊机优选具有平外特性且电流、电压曲线下降率不大于5％。在本发明中，所述下向自动焊焊接时，焊接线缆不小于50平方毫米规格时，长度优选为25米以下；长度超过30米时，优选使用规格为75平方毫米的焊接线缆。
在本发明中，所述纯CO2的流量优选为21～30L/min。
在本发明中，所述多段设置优选为3～360段。
在本发明中，当所述多段设置为3断时，优选依次包括第一段设置、第二段设置和第三段设置；所述第一段设置的角度范围优选为0～40°，送丝速度优选为230IPM，行走速度优选为170mm/min，摆动速度优选为1.6mm/min，摆动幅度优选为5.5mm，左停留时间优选为0.25s，右停留时间优选为0.25s；所述第二段设置的角度范围优选为40～130°，送丝速度优选为250IPM，行走速度优选为200mm/min，摆动速度优选为1.5mm/min，摆动幅度优选为5.0mm，左停留时间优选为0.25s，右停留时间优选为0.25s；所述第三段设置的角度范围优选为130～180°，送丝速度优选为220IPM，行走速度优选为170mm/min，摆动速度优选为1.8mm/min，摆动幅度优选为5.0mm，左停留时间优选为0.25s，右停留时间优选为0.25s。
在本发明中，当所述多段设置为4断时，优选依次包括第一段设置、第二段设置、第三段设置和第四段设置；所述第一段设置的角度范围优选为0～40°，送丝速度优选为320IPM，行走速度优选为280mm/min，摆动速度优选为1.8mm/min，摆动幅度优选为6.0mm，左停留时间优选为0.25s，右停留时间优选为0.25s；所述第二段设置的角度范围优选为40～120°，送丝速度优选为310IPM，行走速度优选为250mm/min，摆动速度优选为1.6mm/min，摆动幅度优选为6.0mm，左停留时间优选为0.25s，右停留时间优选为0.25s；所述第三段设置的角度范围优选为120～150°，送丝速度优选为270IPM，行走速度优选为210mm/min，摆动速度优选为1.4mm/min，摆动幅度优选为5.0mm，左停留时间优选为0.25s，右停留时间优选为0.25s；所述第四段设置的角度范围优选为150～180°，送丝速度优选为240IPM，行走速度优选为180mm/min，摆动速度优选为1.2mm/min，摆动幅度优选为6.0mm，左停留时间优选为0.35s，右停留时间优选为0.35s。
在本发明中，所述下向自动焊焊接相较于气保护药芯焊丝全自动上向焊接，向下焊接时焊接速度可提高5～10cm/min，提高焊接效率。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
管口组对：管口组对使用内对口器(如图1)，坡口钝边为1.5mm，组对间隙1.0mm。坡口加工使用内涨式坡口机进行管口加工。
下向自动焊焊接优选使用单焊炬外焊机进行，单焊炬外焊机具有平外特性且电流、电压曲线下降率不大于5％，焊接线缆为50平方毫米规格，长度为25米。
填盖焊材：碱性气保护药芯焊丝，Φ1.2mm，碱性药芯焊丝的药芯部分包括以下质量分数的组分：CaF225％，CaO 40％，SiO220％和TiO210％，碳酸钾2％，碳酸钠3％，焊丝熔敷金属使用水银法和色谱法测定平均值为3.3mL/100g；纯CO2的流量为30L/min。
焊接参数设置：焊接参数共使用4段设置，具体如表1所示。
表1本实施例下向焊工艺的焊接参数
表1中DC-表示工件接直流电源正极。
焊接完成后，观察可知：整个环焊缝表面成型为平略凹形，焊后清理容易且没有产生未熔合缺陷。
实施例2
管口组对：管口组对使用外对口器(如图2)，坡口钝边为2mm，组对间隙2mm。坡口加工使用内涨式坡口机进行管口加工。
下向自动焊焊接优选使用单焊炬外焊机进行，单焊炬外焊机具有平外特性且电流、电压曲线下降率不大于5％，焊接线缆为75平方毫米规格，长度为35米。
填盖焊材：碱性气保护药芯焊丝，Φ1.2mm，碱性药芯焊丝的药芯部分包括以下质量分数的组分：CaF225％，CaO 30％，SiO220％和TiO220％，碳酸钾3％，碳酸钠2％，焊丝熔敷金属使用水银法和色谱法测定平均值为3.2mL/100g；纯CO2的流量为21L/min。
焊接参数设置：焊接参数共使用4段设置，具体如表1所示。
焊接完成后，观察可知：整个环焊缝表面成型为平略凹形，焊后清理容易且没有产生未熔合缺陷。
对实施例2的焊材熔敷金属力学性能进行测试，结果如表2所示，由表2可知，本实施例使用的碱性药芯焊丝具有低扩散氢含量和较少的有害杂质，能够保证焊缝组织大量的针状铁素体，具有优异的力学性能。
表2焊材熔敷金属力学性能进行测试结果
实施例3
管口组对：接管材有制管焊缝(如图3)，打磨焊缝至母材齐平，且打磨长度为100mm，组对错边为壁厚的10％且沿周长均匀分布。坡口加工使用内涨式坡口机进行管口加工。
下向自动焊焊接优选使用单焊炬外焊机进行，单焊炬外焊机具有平外特性且电流、电压曲线下降率不大于5％，焊接线缆为50平方毫米规格，长度为20米。
填盖焊材：碱性气保护药芯焊丝，Φ1.2mm，碱性药芯焊丝的药芯部分包括以下质量分数的组分：CaF235％，CaO 25％，SiO225％和TiO210％，碳酸钾1％，碳酸钠4％，焊丝熔敷金属使用水银法和色谱法测定平均值为3.7mL/100g；纯CO2的流量为25L/min。
焊接参数设置：焊接参数共使用3段设置，具体如表3所示。
表3本实施例下向焊工艺的焊接参数
表3中DC-表示工件接直流电源正极。
焊接完成后，观察可知：整个环焊缝表面成型为平略凹形，焊后清理容易且没有产生未熔合缺陷。
对比例
与实施例1相同，区别仅在于使用现有技术中使用的向上焊工艺，表4为对比例传统上向焊工艺的焊接参数。
对实施例1以及对比例的性能结果进行比较，结果如表5所示，由表5可知，本发明提供的焊接方法焊接时间短，焊接速度快，向下焊接时焊接速度可提高7.5cm/min，提高了焊接效率，且焊材熔敷金属的抗拉强度和低温冲击值均得到了提高。
表4对比例中传统上向焊工艺的焊接参数
表4中DC+表示工件接直流电源负极。
表5实施例1和对比例性能结果对比
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种长输管道用气保护碱性药芯焊丝下向自动焊焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
对长输管道进行管口组对后填盖碱性药芯焊丝，以纯CO2为保护气体，使用直流正接，进行下向自动焊焊接；
所述下向自动焊焊接的焊接参数为多段设置，所述多段设置为4段，依次包括第一段设置、第二段设置、第三段设置和第四段设置；所述第一段设置的角度范围为0～40°，送丝速度为320IPM，行走速度为280mm/min，摆动速度为1.8mm/min，摆动幅度为6.0mm，左停留时间为0.25s，右停留时间为0.25s；所述第二段设置的角度范围为40～120°，送丝速度为310IPM，行走速度为250mm/min，摆动速度为1.6mm/min，摆动幅度为6.0mm，左停留时间为0.25s，右停留时间为0.25s；所述第三段设置的角度范围为120～150°，送丝速度为270IPM，行走速度为210mm/min，摆动速度为1.4mm/min，摆动幅度为5.0mm，左停留时间为0.25s，右停留时间为0.25s；所述第四段设置的角度范围为150～180°，送丝速度为240IPM，行走速度为180mm/min，摆动速度为1.2mm/min，摆动幅度为6.0mm，左停留时间为0.35s，右停留时间为0.35s。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述碱性药芯焊丝的直径不大于1.4mm。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述碱性药芯焊丝的药芯部分包括以下质量分数的组分：CaF225～45％，CaO 25～40％，SiO220～40％和TiO210～20％。
4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，所述碱性药芯焊丝的药芯部分中还包括碳酸钾和碳酸钠。
5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述管口组对的坡口钝边为1.5～2.0mm，组对间隙为1.0～2.0mm。
6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述管口组对使用内对口器或外对口器。
7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，当所述长输管道有制管焊缝时，打磨焊缝至母材齐平，打磨长度不小于100mm，所述管口组对错边不大于壁厚的10％且沿所述长输管道的周长均匀分布。
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