CN111683780B - 单面埋弧焊方法及单面埋弧焊装置 - Google Patents

单面埋弧焊方法及单面埋弧焊装置 Download PDF

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Abstract

单面埋弧焊方法及单面埋弧焊装置在钢板的终端侧设置：焊接速度过渡区间，在所述焊接速度过渡区间内，正式焊接的焊接速度向该正式焊接的速度的80％以下的焊接速度降低；以及低焊接速度区间，在所述低焊接速度区间内，从该焊接速度过渡区间的终点至所述钢板的终端以所述正式焊接的速度的80％以下的焊接速度焊接。将所述焊接速度过渡区间设定为超过200mm且1000mm以下，将所述低焊接速度区间设定为从所述钢板的终端近前100mm以上且小于1000mm的位置至终端的区间。

Description

单面埋弧焊方法及单面埋弧焊装置
技术领域
本发明涉及单面埋弧焊方法及单面埋弧焊装置。
背景技术
单面埋弧焊是作为接板焊接而以造船为中心应用于广泛的领域的高效率的焊接施工方法。在使用了单面埋弧焊方法的接板焊接中，基本上从焊接开始至焊接结束以相同的焊接施工条件来焊接。需要说明的是，有时由于间隙、坡口精度不良等而变更焊接条件，但这是以使焊接品质的焊道形状良好为主要目的的调整，不进行大幅的焊接条件的变更。
在此，在单面埋弧焊中，存在在接头终端部容易产生焊接金属的裂纹(纵裂纹)这样的问题。特别是，接头终端部的裂纹(通常称为终端裂纹)的产生极高，作为其防止对策而提出了各种方案。例如，在专利文献1中，公开了以相对于正式焊接的速度为70％以下的焊接速度进行从钢板终端近前1000mm以上的位置至终端的焊接的埋弧焊方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特许第6184362号公报
发明内容
发明要解决的课题
此外，近年来，从焊接作业的效率化的观点出发，谋求缩短埋弧焊所需的焊接时间。在专利文献1所记载的焊接方法中，由于在距终端1000mm以上的位置处，使焊接速度降低，因此焊接时间变长，进一步的焊接作业时间的缩短化成为课题。
本发明是鉴于前述的课题而完成的，其目的在于，提供能够防止终端部处的焊接金属的裂纹并且高效率地进行焊接、且能够防止焊接后的修整的单面埋弧焊方法及单面埋弧焊装置。
用于解决课题的方案
本发明是将对接的两张钢板从一面侧焊接的单面埋弧焊方法，其特征在于，在所述钢板的终端侧设置：焊接速度过渡区间，在所述焊接速度过渡区间内，一边从正式焊接的焊接速度向该正式焊接的速度的80％以下的焊接速度降低一边焊接；以及低焊接速度区间，在所述低焊接速度区间内，从该焊接速度过渡区间的终点至所述钢板的终端以所述正式焊接的速度的80％以下的焊接速度焊接，将所述焊接速度过渡区间设定为超过200mm且1000mm以下，将所述低焊接速度区间设定为从所述钢板的终端近前100mm以上且小于1000mm的位置至终端的区间。
本发明的单面埋弧焊方法的一方案的特征在于，在所述焊接速度过渡区间内，所述焊接速度逐渐减小。
本发明的单面埋弧焊方法的一方案的特征在于，在将所述正式焊接的总输入热量设为Q(kJ/mm)、并将所述低焊接速度区间内的焊接的总输入热量设为Q’(kJ/mm)时，以成为Q’/Q＝0.60～1.30的方式焊接。
本发明的单面埋弧焊方法的一方案的特征在于，利用2～4个电极来焊接。
本发明是将对接的两张钢板从一面侧焊接的单面埋弧焊装置，其特征在于，所述单面埋弧焊装置具备控制部，所述控制部被输入所述焊接的焊接条件，并且基于该焊接条件来控制所述焊接，所述控制部在所述钢板的终端侧设置：焊接速度过渡区间，在所述焊接速度过渡区间内，一边从正式焊接的焊接速度向该正式焊接的速度的80％以下的焊接速度降低一边焊接；以及低焊接速度区间，在所述低焊接速度区间内，从该焊接速度过渡区间的终点至所述钢板的终端以所述正式焊接速度的80％以下的焊接速度焊接，将所述焊接速度过渡区间设为超过200mm且1000mm以下，并将所述低焊接速度区间设为从所述钢板的终端近前100mm以上且小于1000mm的位置至终端的区间，来进行埋弧焊。
本发明的一方案的单面埋弧焊装置的特征在于，所述单面埋弧焊装置具备对所述钢板的终端位置进行检测的终端位置检测机构。
发明效果
本发明可以提供能够防止终端部处的焊接金属的裂纹并且高效率地进行焊接、且能够防止焊接后的修整的单面埋弧焊方法及单面埋弧焊装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的焊接装置的概要说明图。
图2是本发明的实施方式的单面埋弧焊方法的概要说明图。
图3是本发明的实施方式的单面埋弧焊方法的概要说明图。
图4是本发明的实施方式的单面埋弧焊方法的概要说明图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式详细地进行说明。
本发明的实施方式的单面埋弧焊方法是将对接的两张钢板从一面侧焊接的方法。在该焊接方法中，在钢板的终端侧设置有一边从正式焊接的速度向该正式焊接的速度的80％以下的焊接速度降低一边焊接的焊接速度过渡区间、以及从该焊接速度过渡区间的终点至钢板终端以正式焊接速度的80％以下的焊接速度(以下，适当称为减速焊接速度)焊接的低焊接速度区间。并且，焊接速度过渡区间设定为超过200mm且1000mm以下，低焊接速度区间设定为从钢板的终端近前100mm以上且小于1000mm的位置至终端的区间。
本发明者们确认了，在距终端小于1000mm的位置处，在急剧地使焊接速度降低的情况下，有时在焊接速度的降低开始位置处焊道形状成为凸焊道。在本实施方式的埋弧焊方法中，为了抑制该凸焊道的产生，而设置有焊接速度过渡区间。另外，认为设置焊接速度过渡区间还对终端裂纹改善带来影响。
从终端裂纹抑制的观点出发，低焊接速度区间设为终端近前100mm以上。另外，从焊接的效率的观点出发，低焊接速度区间设为小于终端近前1000mm。低焊接速度区间优选为终端近前700mm以下，进一步优选为终端近前400mm以下。另外，低焊接速度区间优选为终端近前200mm以上。
焊接速度过渡区间在200mm以下的情况下，得不到凸焊道抑制的效果。另外，焊接速度过渡区间在超过1000mm的情况下，焊接的效率下降。因此，焊接速度过渡区间设为超过200mm且1000mm以下。焊接速度过渡区间优选为250mm以上。另外，焊接速度过渡区间优选为700mm以下，进一步优选为400mm以下。
(焊接速度过渡区间)
在此，使用图2对本实施方式的焊接速度过渡区间进行说明。焊接速度过渡区间是焊接条件的过渡范围。图2所示的区间a是以正式焊接速度进行焊接的正式焊接速度区间。区间b是以预先设定的终端侧的低速焊接条件进行焊接的低焊接速度区间。在本实施方式中，区间b的焊接速度设为作为正式焊接的焊接速度的80％以下的低速的恒定速度。
并且，作为区间a与区间b之间的区间c是焊接速度降低以使得从正式焊接速度过渡到前述的区间b的低速焊接条件的焊接速度过渡区间c。从焊接的效率的观点出发，区间b与区间c优选为合计小于1000mm，进一步优选为800mm以下。
接下来，对本发明的实施方式的焊接方法所使用的单面埋弧焊装置的主要部分的概要以及钢板进行说明。
(焊接装置)
如图1所示，焊接装置100主要具备支座框架11、焊接机12(焊接台车)以及焊接机梁13。
支座框架11以钢制的方料为构架，而以呈剖视凹状的方式形成，上方开放，并在内部支承有图3、4所示的衬垫装置50a或者衬垫装置50b。并且，在衬垫装置50a的衬垫铜板55或者衬垫装置50b的耐火性帆布56上载置有钢板20。
焊接机梁13使焊接机12沿着钢板20的长度方向移动。
并且，本实施方式的焊接装置100具备控制焊接条件的控制部4。该控制部4能够进行如下控制：将焊接速度过渡区间设为200mm超1000mm以下，并将低焊接速度区间设为从钢板的终端近前100mm以上且小于1000mm的位置至终端的区间，而进行埋弧焊。
焊接机12配置于支座框架11的上方(钢板20的上方)，并从钢板20的焊接坡口部M(参照图2)的表侧焊接钢板20。焊接机12在此具备4根电极(焊炬)15。焊接机12一边沿着焊接机梁13以规定速度移动，一边从焊接坡口部M的表侧利用电极15通过单面埋弧焊来焊接钢板20。电极15在此为4根，但只要是两根以上即可。从能够应用于厚板钢板的焊接、另外更容易兼顾高效率化和焊接品质的观点出发，电极优选为2～4根。并且，本实施方式的焊接机12(焊接台车)具备终端位置检测机构3。
终端位置检测机构3具备从焊接机12的支座框架11向焊接方向延伸的臂2、以及设置于该臂2的前端侧的传感器1。在本实施方式中，臂2例如设为1000mm以下的长度。在该情况下，能够在焊接时不过度地需要空间而进行焊接。传感器1例如是磁传感器，能够检测作为被焊接件的钢板20的存在，能够掌握钢板的终端位置。具体而言，在开始焊接而在传感器1的下方不存在了钢板20的情况下，向控制焊接的控制部4通知终端位置信息。传感器1并不限定于磁传感器，能够使用接触传感器等通用的传感器。在实际的操作中，焊接各种尺寸的钢板，因此若像这样具备终端位置检测机构3，则成为使用的便利性良好的焊接装置。
在此，所谓单面埋弧焊方法，如图3、4所示，是指从对接的钢板20、20的背面，通过空气管59等顶起机构来推压层状地散布于衬垫铜板55上的衬垫焊剂52、或者收容于耐火性帆布56内的衬垫焊剂52而焊接的方法。在多电极单面埋弧焊方法中，从钢板20的表侧使用表焊剂51来进行埋弧焊，在钢板20的表面和背面同时形成焊道。需要说明的是，在图3、4中，附图标记53是焊渣，附图标记54是焊接金属，附图标记57是焊剂袋，附图标记58是下垫焊剂。
作为钢板20，例如可举出造船用钢板，其长度例如为10～30m。如图2所示，在该钢板20中，将钢板20彼此对接，在焊接坡口部M的位置进行了间断或者连续的面内定位焊。间断地进行了面内定位焊是指，不是在钢板20彼此的全部接合部位(焊接部位)进行了面内定位焊，而在接合部位(焊接部位)的几个部位进行了面内定位焊。并且，该部位数量设定于在焊接中尤其不产生问题的范围内即可。另外，连续地进行了面内定位焊是指，在钢板20彼此的全部接合部位(焊接部位)进行了面内定位焊。需要说明的是，进行了连续的面内定位焊与仅由一层构成的密封焊道同等，与由两层以上构成的密封阶梯焊道不同。在此，密封阶梯焊道是指两层以上(多层)、且成为阶梯状的焊道。通过以往公知的定位焊焊接的方法来进行面内定位焊即可。
在该钢板20的始端31以及终端32安装有用于处理焊坑的突片21、22。需要说明的是，在本实施方式所使用的突片21、22中，没有特别设置狭缝等。需要说明的是，也可以不设置突片板。另外，例如能够使用在焊接方向上长度300mm的突片板。
钢板20的焊接从钢板20的始端31进行至终端32。在该焊接时，在焊接速度快的正式焊接速度中，成为从钢板20的内侧朝向外侧而产生旋转变形的开口变形α。在此，所谓“正式焊接”，是指对进行了定位焊焊接的钢板20进行的焊接。另外，所谓“正式焊接速度”，是指在以往通常进行的埋弧焊的速度。即，如本发明那样，是不在接头终端部(或者接头始端部)处规定减速焊接速度的情况下的焊接速度。作为正式焊接速度，例如是400～1500mm/min。
在本实施方式中，钢板20的终端32是指，焊接结束的一侧的最端部，是指钢板20与突片22的连接部位。
另外，接头终端部是指在埋弧焊中通常被识别的部位，是指终端32及其周边。接头终端部例如在钢板20的长度为10～30m时，能够设为例如从钢板20的终端近前1000mm的位置至终端32的范围的部位。
(焊接速度的减速后的速率：相对于正式焊接速度为80％以下)
在终端32侧的规定区域内，通过将焊接速度的减速后的速率设为相对于正式焊接速度为80％以下，从而如图2所示，终端32侧的规定区域成为收缩变形β，接头终端部的角变形变小，且抑制终端裂纹的产生。从使终端32侧的规定区域更容易成为收缩变形的观点出发，减速后的速率优选为正式焊接速度的70％以下，更优选为60％以下，进一步优选为40％。需要说明的是，若减速后的速率为正式焊接速度的40％以上，则不会显著阻碍焊接效率。另外，若减速后的速率为正式焊接速度的40％以上，则用于确保稳固的焊接金属的电流值变高，持续电弧不会变得困难，且焊道外观变得更良好。
另外，作为正式焊接速度，具体而言，优选为400～1500mm/min。若正式焊接速度为400～1500mm/min，则在板厚8～40mm的范围内能够更稳定地确保焊接品质。因此，正式焊接速度优选为设为400～1500mm/min。需要说明的是，正式焊接速度优选为600mm/min以上，进一步优选为800mm/以上。
另外，减速焊接速度优选为200mm/min以上。若减速焊接速度为200mm/min以上，则不会显著阻碍焊接效率。另外，若减速焊接速度为200mm/min以上，则用于确保稳固的焊接金属的电流值变高，持续电弧不会变得困难，且焊道外观变得更良好。并且，若减速时的焊接速度为200mm/min以上，则在采用了电弧能够持续的电流值的情况下，能够确保表焊道以及背焊道的焊接品质。因此，减速焊接速度优选为200mm/min以上。需要说明的是，焊接速度过渡区间内的焊接速度优选为逐渐减小。
(焊接输入热量)
在钢板20的焊接中，在将正式焊接的总输入热量设为Q(kJ/mm)，并将低焊接速度区间内的焊接的总输入热量设为Q’(kJ/mm)时，优选为以Q’/Q＝0.60～1.30的方式焊接。在Q’/Q＝1.30以下的情况下，能够产生收缩变形β并抑制终端裂纹，并且能够抑制加强变得过度的情况而得到稳固的焊接金属。在低焊接速度区间内的焊接的总输入热量Q’相对于正式焊接的总输入热量Q为0.60倍以上的情况下，能够良好地持续电弧，并得到稳固的焊接金属。
需要说明的是，从更容易得到稳固的焊接金属的观点出发，Q’/Q的值优选为0.70以上，更优选为0.80以上。另外，从使终端32侧的规定区域更容易成为收缩变形β、且更容易得到稳固的焊接金属的观点出发，Q’/Q的值优选为1.20以下。
需要说明的是，总输入热量Q能够以下述计算式来计算。
[算式1]
Figure BDA0002611380960000071
在所述式中，Q表示总输入热量(kJ/mm)，Ei表示电压(V)，Ii表示电流(A)，vi表示焊接速度(mm/min)，i＝1，2，3，…n，i表示各电极。
关于所述式，对Q’而言也是相同。另外，在此的总输入热量是指各电极15的输入热量的合计。另外，总输入热量可以是利用上述计算式计算出的值，但也可以是实测值(测量值)。
以减速焊接速度的焊接的总输入热量能够利用电流、电压、以及焊接速度中的一个以上来调整。即，在向电极15供给的电流、向电极15供给的电压、焊接速度中，可以利用它们中的任一个来调整，也可以同时使用两个或者三个来调整。
另外，以减速焊接速度的焊接的总输入热量能够通过减少工作的电极数量来调整。
在减少电极数量的情况下，例如，在正式焊接中使用2～4根电极15的情况下，能够通过将工作的电极数量减少至1～3根来调整以减速焊接速度的焊接的总输入热量。即，与在正式焊接中工作的电极数量相比减少在以减速焊接速度的焊接中工作的电极数量来进行调整。需要说明的是，工作的电极是指供给电流而产生电弧的电极。通过像这样调整，向电极15供给的电流的控制变得更容易，焊接效率更提升。
另外，本发明的焊接方法优选为利用2～4根电极15、即2～4个电极来焊接。在电极15为1个电极时，不适合厚板钢板的焊接，在5个电极以上时，虽然能够实现焊接的高效率化，但是产生与焊接品质的兼顾的进一步的改善的余地。若电极15为2个电极以上，则能够应用于厚板钢板的焊接。另一方面，若电极数量为4个电极以下，则能够实现焊接的高效率化，且焊接品质也更良好。这样，通过设为2～4个电极，还能够应用于厚板，且更容易兼顾高效率化和焊接品质。因此，本发明的焊接方法优选为利用2～4各电极来焊接。
另外，在本实施方式的一方案中，例如，能够从小于钢板的终端近前1000mm的位置起开始使焊接速度降低。在该情况下，即使在焊接机包括具有小于1000mm的臂2的终端位置检测机构3的情况下，也能够适当检测出终端位置而进行单面埋弧焊。即，能够使臂2的长度小于1000mm，因此能够不过度地需要焊接作业空间而进行埋弧焊。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明。
对于在端面形成了斜面的两张钢板，使端面相互对置而对接，从而形成Y字形坡口。对于该Y字形坡口，坡口角为50°，坡口的深度为17mm，根间隙为0mm。另外，钢板的长度为2000mm～3000mm，钢板的厚度为20mm，该钢板设为船级认定钢板DH36。
在本实施例中，使用具备2～4根电极的焊接装置。在表1～3中示出焊接的条件。需要说明的是，表1是正式焊接条件，表2是在钢板的终端侧低速化后的焊接条件，表中示出的焊接条件以外的条件是以往公知的条件。
[表1]
Figure BDA0002611380960000091
[表2]
Figure BDA0002611380960000092
[表3]
Figure BDA0002611380960000101
以下，示出实施例的评价方法。
(焊道形状)
对于焊道的外观，进行目视观察，特别良好的设为“◎”，良好的设为“〇”，差的设为“×”，产生终端裂纹而不能评价的设为“无”。
(终端裂纹)
另外，目视观察终端裂纹的“有”、“无”。
如表3所示，No.1～13在全部的评价项目中为良好。另一方面，No.14的焊接速度过渡区间短，因此焊道形状成为凸焊道，焊道形状差。No.15的低焊接速度区间过短，因此产生了终端裂纹。No.16的低焊接速度区间的焊接速度快，因此产生了终端裂纹。
以上，示出实施方式以及实施例而对本发明详细地进行了说明，但本发明的主旨并不限定于所述的内容，其权利范围应当基于技术方案的记载而广泛地解释。需要说明的是，本发明的内容当然能够基于所述的记载而广泛地进行改变、变更等。
需要说明的是，本申请基于2018年1月31日申请的日本专利申请(日本特愿2018-015843)，其内容在本申请中作为参照而被援引。
附图标记说明：
1 传感器
2 臂
3 终端位置检测机构
4 控制部
11 支座框架
12 焊接机
13 焊接机梁
15 电极
20 钢板
21、22 突片
31 始端
32 终端
50a、50b衬垫装置
51 表焊剂
52 衬垫焊剂
53 焊渣
54 焊接金属
55 衬垫铜板
56 耐火性帆布
57 焊剂袋
58 下垫焊剂
59 空气管
100 焊接装置
a 正式焊接速度区间
b 低焊接速度区间
c 焊接速度过渡区间。

Claims (5)

1.一种单面埋弧焊方法，其将对接的两张钢板从一面侧焊接，
所述单面埋弧焊方法的特征在于，
在所述钢板的终端侧设置：
焊接速度过渡区间，在所述焊接速度过渡区间内，一边从正式焊接的焊接速度向该正式焊接的速度的80％以下的焊接速度降低一边焊接；以及
低焊接速度区间，在所述低焊接速度区间内，从该焊接速度过渡区间的终点至所述钢板的终端以所述正式焊接的速度的80％以下的焊接速度焊接，
将所述焊接速度过渡区间设定为超过200mm且1000mm以下，
将所述低焊接速度区间设定为从所述钢板的终端近前100mm以上且小于1000mm的位置至终端的区间，
所述低焊接速度区间与所述焊接速度过渡区间为合计小于1000mm，
在将所述正式焊接的总输入热量设为Q、并将所述低焊接速度区间内的焊接的总输入热量设为Q’时，以成为Q’/Q＝0.60～1.30的方式焊接，其中，Q及Q’的单位为kJ/mm。
2.根据权利要求1所述的单面埋弧焊方法，其特征在于，
在所述焊接速度过渡区间内，所述焊接速度逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的单面埋弧焊方法，其特征在于，
所述单面埋弧焊方法利用2～4个电极来焊接。
4.一种单面埋弧焊装置，其将对接的两张钢板从一面侧焊接，
所述单面埋弧焊装置的特征在于，
所述单面埋弧焊装置具备控制部，所述控制部被输入所述焊接的焊接条件，并且基于该焊接条件来控制所述焊接，
所述控制部在所述钢板的终端侧设置：
焊接速度过渡区间，在所述焊接速度过渡区间内，一边从正式焊接的焊接速度向该正式焊接的速度的80％以下的焊接速度降低一边焊接；以及
低焊接速度区间，在所述低焊接速度区间内，从该焊接速度过渡区间的终点至所述钢板的终端以所述正式焊接速度的80％以下的焊接速度焊接，
将所述焊接速度过渡区间设为超过200mm且1000mm以下，并将所述低焊接速度区间设为从所述钢板的终端近前100mm以上且小于1000mm的位置至终端的区间，来进行埋弧焊，
所述低焊接速度区间与所述焊接速度过渡区间为合计小于1000mm，
在将所述正式焊接的总输入热量设为Q、并将所述低焊接速度区间内的焊接的总输入热量设为Q’时，以成为Q’/Q＝0.60～1.30的方式焊接，其中，Q及Q’的单位为kJ/mm。
5.根据权利要求4所述的单面埋弧焊装置，其特征在于，
所述单面埋弧焊装置具备对所述钢板的终端位置进行检测的终端位置检测机构。
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