CN112139690A - 一种采用p+t和陶质垫的环缝焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，包括以下步骤：S1板材下料后对板材进行洗边；S2、板材卷筒，板材卷筒后打磨；S3、将卷筒后的板材组装成筒体；S4、用氩弧焊进行点固焊；S5、将陶质垫粘贴于焊缝背面，并粘贴牢固；S6、将筒体吊放在滚轮架上，调整焊接设备与筒体焊缝位置；S7、打开氩气，对焊缝同时进行单面焊双面成型的打底焊接和盖面焊接。本发明具有如下的优点其不仅能对板材厚度3‑12mm、筒径φ800‑φ4000 mm的不锈钢进行环缝焊接，还能在提高生产效率、减少生产工序的情况下保证其焊接质量、焊缝面型和防腐蚀能力，使其探伤合格率达到99%以上。

Description

一种采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法

技术领域

本发明涉及压力容器的焊接领域，具体涉及一种采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法。

背景技术

在进行长的板材对接焊接或者管材纵缝对接焊接时，往往需要对对接处的母材进行坡口加工，这一过程耗时耗力，坡口加工质量较差时还会影响焊接质量，比较影响效率，成本较高。近几年发展的陶质垫背部保护不开坡口焊接工艺可以很好的解决这个问题，陶质垫背部保护不开坡口焊接工艺是将两块母材无缝对接，陶质垫用自带的胶带固定在两块母材的背面，陶质垫衬托在母材对接处为形成熔池提供稳定的底部基础，再从母材对接处的正面进行焊接。然而，在焊接过程中陶瓷衬垫上自带的胶带会受热融化在母材上形成很难用常规的酸洗方法清洗干净的附着黑色物质。

现有技术中的陶质垫的上表面设有凹槽，固定陶质垫与母材时需要让凹槽与两块母材对接处沿焊缝长度方向对中。目前陶质垫背部保护不开坡口焊接工艺主要应用于常见的碳钢焊接中，在造船和钢接结构中的应用较为普遍；但是在对厚度较厚的不锈钢材料进行焊接时，由于不锈钢流动性较差，焊接时不易焊透，因此在焊接不锈钢材料时往往采用CO2焊焊接，当采用CO2焊焊接不锈钢时易出现内部夹渣和焊缝未熔合的缺陷，使得不锈钢焊接内部焊缝外观不好看，焊接质量也不高。

在CN109500480A中公开了一件名称为一种不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺的发明，其包括以下步骤：S1焊接前清理母材；S2使两块母材焊接侧之间留有宽度为h的缝隙，所述缝隙允许焊丝伸入，点焊固定两块母材；S3陶瓷衬垫固设在母材背面，陶瓷衬垫设有凹槽的表面与母材背面相对设置，两块母材焊接侧之间的缝隙与凹槽沿长度方向对中；S4焊丝伸入两块母材之间的缝隙中，对两块母材进行背部一次成型焊接，然后再进行后续步骤。

采用上述不锈钢陶瓷衬垫焊接工艺虽然解决了焊接8mm以上不锈钢长直缝使用陶瓷衬垫焊接时不锈钢材料不易焊透的问题，但依然存在以下问题：

（1）由于陶瓷衬垫材料不具有弯曲变形的特性，打底的焊丝不便于弯曲地伸入缝隙在缝隙内进行焊接，因此陶瓷衬垫焊接通常用于对长的板材对接焊接或者管材纵缝对接焊接，即用于长直缝焊接，而不适用于对筒体、罐体等进行环缝焊接。

（2）上述焊接工艺需要焊丝打底且陶瓷衬垫上必须有凹槽。使用时，将焊丝伸入缝隙在缝隙内进行焊接，利用陶瓷衬垫上的凹槽在母材背面形成规整的焊缝，最终形成的焊缝宽8-10mm，厚2-3mm，焊缝宽且厚较为影响焊接产品的背部美观度。

（3）上述焊接工艺虽然能对厚度在8mm以上的不锈钢材料采用现有技术中的陶瓷衬垫焊接，不锈钢材料在8mm-10mm时可以不用CO2气体保护焊就能将不锈钢材料焊透，但当不锈钢材料在10mm时依然必须采用CO2气体保护焊才能将不锈钢材料焊透，而采用CO2气体保护焊依然容易出现内部夹渣和焊缝未熔合的现象，且焊材使用CO2保护焊药芯焊丝，焊接下一层焊缝之前需要清理上一层焊缝的焊渣，费工费时。此外，采用CO2气体保护焊需要人工用保护罩充入CO2气体对焊缝背面进行保护，费时费力。

（4）由于药芯焊丝的药皮较少，仅依靠药芯焊丝的药皮对焊后高温金属表面进行保护并不能使焊缝的氧化情况得到显著地改善，焊后依然存在大量焊缝和母材上的高温金属直接和空气接触产生氮化铬甚至变成焊渣的现象，氧化后焊缝处的防腐蚀能力会大打折扣，从而造成焊缝处不防锈。若想焊后降低金属表面的高温以及减少焊缝和母材上的金属氧化只能减慢焊接速度，降低生产效率或者增加后序防腐工艺，从而增加成本。

（5）上述焊接工艺依靠人工进行焊接，焊接效率低，人员操作劳动强度高，且操作时需要将两块母材焊接侧之间的缝隙与凹槽沿长度方向对中，陶瓷衬垫用工装固定；将两块母材焊接侧之间的缝隙与凹槽沿长度方向对中的过程需要有经验的焊工才能很好地进行焊接，否则容易出现焊缝弯曲不直的现象，既影响焊接外形的美观度又影响焊接效果；陶瓷衬垫用工装对准固定的过程费时费力，但若不用工装固定陶瓷衬垫则需要用陶瓷衬垫上自带的胶带固定，在焊接过程中产生的高温会将陶瓷衬垫上自带的胶带融化在母材上形成很难用常规的酸洗方法清洗干净的附着黑色物质。

发明内容

本发明的目的就是提供一种采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其不仅能对板材厚度3-12mm、筒径φ800-φ4000 mm的不锈钢进行环缝焊接，还能在提高生产效率、减少生产工序的情况下保证其焊接质量、焊缝面型和防腐蚀能力，使焊缝处探伤合格率达到99%以上。

本发明的目的是这样实现的，一种采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，包括以下步骤：

S1、板材经过等离数控下料后，对板材的四周进行洗边；

S2、板材卷筒，板材卷筒后将其对接焊缝的正面和背面焊边用机械打磨至露出金属光泽；

S3、将卷筒后的板材组装成筒体；

S4、焊缝处进行点固焊；

S5、将陶质垫粘贴于焊缝背面，并粘贴牢固；

S6、将筒体吊放在滚轮架上，按要求调整焊接设备与筒体焊缝位置；

S7、选取合适的焊接电流及焊接速度，打开氩气，对焊缝同时进行单面焊双面成型的打底焊接和盖面焊接，打底焊接采用等离子弧焊，盖面焊接采用钨极氩弧焊。

在本发明中，板材通过打磨加工，对焊缝位置点焊固定后，将陶质垫粘贴于焊缝背面，并用陶质垫自带的胶带粘贴牢固，陶质垫粘贴时，一条环缝的焊缝背面粘贴有多块陶质垫，每块陶质垫的长度是15-18mm，陶质垫粘贴后焊接时采用等离子弧焊和钨极氩弧焊对焊缝同时进行单面焊双面成型的打底焊接和盖面焊接即可，由于等离子弧焊是一定的板厚范围内电流较大，相当于让板材自熔无需添加任何焊条或填充任何金属即可对焊缝进行打底，离子弧焊自熔打底后用钨极氩弧焊盖面。由于先用了离子弧焊自熔打底，再用了钨极氩弧焊盖面，因此最终厚度3-12mm的板材缝隙处也能焊缝成型，焊缝成型后其焊缝背部成型宽1-2mm，厚约1mm，焊缝背部面型美观，盖面采用钨极氩弧焊不仅能使焊缝正面美观，而且由于钨极氩弧焊输入的热量较少，既避免焊接金属温度过高而容易氧化成氮化铬也避免陶瓷垫自带的胶带融化形成黑色物质附着在母材上；此外，钨极氩弧焊盖面焊接时还通入氩气使焊接金属与空气隔绝，避免焊接温度过高时与空气接触造成氧化，从而进一步避免焊接金属氧化。因此采用上述步骤无需降低生产效率和增加后序工艺也能保证不锈钢及焊缝处的焊接质量、焊缝面型和防腐蚀能力，经验证，采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法可使焊缝处探伤合格率达到99%以上。按要求调整焊接设备与筒体焊缝位置与筒体焊缝位置是指调整焊接设备的参数、焊枪、焊缝位置等，焊接过程中，焊枪垂直于焊缝。对焊缝同时进行单面焊双面成型的打底焊接和盖面焊接是指焊接设备上进行打底焊接和盖面焊接的两把焊枪位置一前一后同时工作对焊缝进行焊接。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：其不仅能对板材厚度3-12mm、筒径φ800-φ4000 mm的不锈钢进行环缝焊接，还能在提高生产效率、减少生产工序的情况下保证其焊接质量、焊缝面型和防腐蚀能力，使其探伤合格率达到99%以上。

具体实施方式

下面结合表和实施例对本发明作进一步说明：

一种采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，包括以下步骤：

S1、板材经过等离数控下料后，对板材的四周进行洗边；

S2、板材卷筒，板材卷筒后将其对接焊缝的正面和背面焊边用机械打磨至露出金属光泽；

S3、将卷筒后的板材组装成筒体；

S4、焊缝处进行点固焊；

S5、将陶质垫粘贴于焊缝背面，并粘贴牢固；

S6、将筒体吊放在滚轮架上，按要求调整焊接设备与筒体焊缝位置；

S7、选取合适的焊接电流及焊接速度，打开氩气，对焊缝同时进行单面焊双面成型的打底焊接和盖面焊接，打底焊接采用等离子弧焊，盖面焊接采用钨极氩弧焊。

在本发明中，板材通过打磨等加工，对焊缝位置点焊固定后，将陶质垫粘贴于焊缝背面，并用陶质垫自带的胶带粘贴牢固，陶质垫粘贴时，一条环缝的焊缝背面粘贴有多块陶质垫，每块陶质垫的长度是15-18mm，陶质垫粘贴后焊接时采用等离子弧焊和钨极氩弧焊对焊缝进行单面焊双面成型的打底焊接和盖面焊接即可，等离子弧焊焊接时让板材自熔无需添加任何焊条或填充任何金属即可对焊缝进行打底，离子弧焊自熔打底后用钨极氩弧焊盖面。由于先用了离子弧焊自熔打底，再用了钨极氩弧焊盖面，因此最终厚度3-12mm的板材缝隙处也能焊缝成型，焊缝背部面型美观，盖面采用钨极氩弧焊不仅能使焊缝正面美观，而且由于钨极氩弧焊输入的热量较少，既避免焊接金属温度过高而容易氧化成氮化铬也避免陶瓷垫自带的胶带融化形成黑色物质附着在母材上；此外，钨极氩弧焊盖面焊接时还通入氩气使焊接金属与空气隔绝，避免焊接温度过高时与空气接触造成氧化，从而进一步避免焊接金属氧化。因此采用上述步骤无需降低生产效率和增加后序工艺也能保证不锈钢及焊缝处的焊接质量、焊缝面型和防腐蚀能力，经验证，采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法可使焊缝探伤合格率达到99%以上。按要求调整焊接设备与筒体焊缝位置与筒体焊缝位置是指调整焊接设备的参数、焊枪、焊缝位置等，焊接过程中，焊枪垂直于焊缝。对焊缝同时进行单面焊双面成型的打底焊接和盖面焊接是指焊接设备上进行打底焊接和盖面焊接的两把焊枪位置一前一后同时工作对焊缝进行焊接。

对该焊缝进行性能测试，首先采用抗弯强度法测量焊缝的结合强度，约为730MPa至750MPa；而现有技术中采用同样标准和测量方法测出的结合强度仅为605MPa至618MPa之前，焊接质量显著提高；其次对该焊缝进行腐蚀性测定，参照GB/T3810.13-2016的测定方法，其试验结果达到UHA级，具有较强的耐腐蚀性。

进一步地，在S2步骤中、板材卷筒，板材卷筒后将其对接焊缝的正面和背面焊边边缘20mm范围内用机械打磨至露出金属光泽。

进一步地，在S3步骤中、将卷筒后的板材组装成筒体，接缝间隙≤1mm，接缝错边量≤1mm。

进一步地，在S5步骤中、将陶质垫对准焊缝中心粘贴于焊缝背面，并粘贴牢固。

在另一实施例中，将步骤S6顺序调整至步骤S5之前。将步骤S6顺序调整至步骤S5之前是指步骤S4进行后，先进行步骤S6，再进行步骤S5和S7。将筒体在其他实施例中，将步骤S6顺序调整至步骤S4之前。将步骤S6顺序调整至步骤S4之前是指步骤S3进行后，先进行步骤S6，再进行步骤S4、步骤S5和步骤S7。

进一步地，陶质垫表面平整。陶质垫表面平整相较于有凹槽的陶质垫可在进行等离子弧焊打底时减少通入背面保护气体，焊缝成型后其焊缝背部成型宽1-2mm，厚约1mm，保证焊缝背部成型不仅质量好而且很美观。现有技术中陶质垫垫于焊缝背部均是采用填丝打底即将焊丝伸入缝隙在缝隙内进行焊接才能将不锈钢焊透，若陶质垫上没有凹槽则焊丝融化后不容易与焊缝两侧的母材结合，焊接质量不好且焊接背部不工整，因此，现有技术中的陶质垫需要设置凹槽才能保证焊缝质量和美观度。

进一步地，在S7步骤中，打底焊接的焊接电流范围是330A-480A，焊接速度是240-340m/h。打底焊接时选用的焊接电流和焊接速度与其板材厚度有关，选取的焊接电流和焊接速度可参考表1，若选取的焊接电流和焊接速度不当则容易造成温度过高、温度过低、无法焊透和击穿过度等问题，由于其采用的电流较小，可以避免电流过大造成温度高温影响材料本身性能。

进一步地，在S7步骤中，盖面焊接的焊接电流范围是370A-530A，焊接速度是200-320m/h。盖面焊接时选用的焊接电流和焊接速度与其板材厚度有关，选取的焊接电流和焊接速度可参考表1，若选取的焊接电流和焊接速度不当则容易造成温度过高、温度过低、无法焊透和击穿过度等问题，由于其采用的电流较小，可以避免电流过大造成温度过高影响材料本身性能。

进一步地，为了焊缝的装配质量，在S1步骤中，洗边至其对角线误差≤3mm，平行度≤1mm。若不是直边则卷成圆筒时其接缝边缘不整齐，接缝边之间的间隙不同，无法保证S3步骤中的接缝间隙≤1mm，接缝错边量≤1mm，若间隙＞1mm，则焊接时焊缝底部容易击穿无法形成焊缝。

进一步地，在S4步骤中，用氩弧焊进行点固焊，点固焊高度不高于母材1mm，点固焊距离是50-80mm，点固焊长度是10-15mm。点固焊的高度不高于母材1mm便于将焊缝焊透；点固焊距离过长则点焊固定不稳定，点固焊距离过短则点焊较多造成费时耗力；点焊长度小于10mm则焊接处容易炸裂影响焊接质量，若点固焊的长度过长则会造成焊接时间过长使得焊接过程费时耗力。采用氩弧焊的原因是其点焊较薄便于将焊缝焊透。若采用其他点焊则其焊缝背部不易成型。

Claims (10)

1.一种采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、板材经过等离数控下料后，对板材的四周进行洗边；

S2、板材卷筒，板材卷筒后将其对接焊缝的正面和背面焊边用机械打磨至露出金属光泽；

S3、将卷筒后的板材组装成筒体；

S4、焊缝处进行点固焊；

S5、将陶质垫粘贴于焊缝背面，并粘贴牢固；

S6、将筒体吊放在滚轮架上，按要求调整焊接设备与筒体焊缝位置；

S7、选取合适的焊接电流及焊接速度，打开氩气，对焊缝同时进行单面焊双面成型的打底焊接和盖面焊接，打底焊接采用等离子弧焊，盖面焊接采用钨极氩弧焊。

2.根据权利要求1所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：将步骤S6顺序调整至步骤S5之前。

3.根据权利要求1所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：将步骤S6顺序调整至步骤S4之前。

4.根据权利要求1、2或3所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：陶质垫表面平整。

5.根据权利要求1、2或3所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：在S7步骤中，打底焊接的焊接电流范围是330A-480A，焊接速度是240-340m/h。

6.根据权利要求4所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：在S7步骤中，打底焊接的焊接电流范围是330A-480A，焊接速度是240-340m/h。

7.根据权利要求根据权利要求1、2、3或6所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：在S7步骤中，盖面焊接的焊接电流范围是370A-530A，焊接速度是200-320m/h。

8.根据权利要求根据权利要求4所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：在S7步骤中，盖面焊接的焊接电流范围是370A-530A，焊接速度是200-320m/h。

9.根据权利要求根据权利要求5所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：在S1步骤中，洗边至焊边对角线误差≤3mm，平行度≤1mm。

10.根据权利要求1、2、3、6、8或9所述的采用P+T和陶质垫的环缝焊接方法，其特征在于：在S4步骤中，用氩弧焊进行点固焊，点固焊高度不高于母材1mm，点固焊距离是50-80mm，点固焊长度是10-15mm。