CN112427779A - 一种用于厚板的大热输入气电立焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于厚板的大热输入气电立焊方法,其采用单焊丝在100%二氧化碳气体保护下,采用直流反接极性沿着竖立的厚板的高度方向从下往上进行焊接;其中焊接坡口采用V型坡口,在高度方向上坡口之间的间隙从下往上逐渐增大;其中,起焊处的二氧化碳气体流量为20‑30L/min,后续焊接位置的二氧化碳气体流量为25‑35L/min;起焊处的焊接电流小于后续焊接位置的焊接电流。采用该大热输入气电立焊方法可以使得气电立焊接头质量完好,且沿着焊缝长度方向,正面和背面的焊缝宽度均匀一致。

Description

一种用于厚板的大热输入气电立焊方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法,尤其涉及一种气电立焊方法。
背景技术
在原油储罐、造船领域,使用大线能量焊接用厚钢板已成为必然趋势。我国原油储罐从5万立方到20万立方,使用的钢板从10mm到40mm,均使用了大线能量的气电立焊方法,焊接线能量在100kJ/cm左右。造船行业所用钢材主要是厚钢板,主流钢板规格为10mm到80mm,目前已开始尝试使用大线能量的气电立焊方法,极端条件下,焊接线能量超过200kJ/cm。
对于造船、高层建筑、原油储罐和压力容器、海洋构造物、桥梁、管线这些领域,焊接都是其制造工艺的关键技术,焊接质量是评价整体钢结构质量的重要指标,焊接效率直接影响到工期和建造成本。
目前国内外钢厂均在加大大线能焊接用厚板的开发与应用。伴随着焊接效率的不断提高,焊接方法也在不断变迁,比如从手工焊条电弧焊、到气体保护焊、到埋弧焊、到气电立焊等等。
为了提高厚板的焊接效率,采用气电立焊方法是一种很好的选择。但气电立焊焊接接头的质量跟以下因素有关:(1)合适的大线能量钢板;(2)合适的大线能量焊接材料;(3)合适的焊接解决方案,包括焊接工艺的选择与控制,接头组装控制方法,焊接坡口的选择,衬垫类型的选择等。形成的焊接接头的质量与熔合比的大小有关,因此以上三个方面相互影响相互依存,从而决定最终气电立焊焊接接头的质量。
但是现有技术中的气电立焊存在焊接接头质量不高,沿着整条焊缝长度焊缝正面和背面的宽度均匀一致性不佳,背面焊道宽度均匀一致性比较难于控制,因此更为明显;焊缝端面形貌的合理性,以及出现夹渣、气孔、微裂纹、未熔合等情况;接头根部存在未焊透、未熔合缺陷。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于厚板的大热输入气电立焊方法,该大热输入气电立焊方法通过直流反接极性保证最终焊接接头的质量完好,沿着焊缝长度方向焊缝正面和背面的焊道宽度均匀一致,焊缝端面形貌合理,不存在夹渣、气孔、微裂纹、未熔合等缺陷,接头根部不存在未焊透未熔合缺陷。
为了实现上述目的,本发明提出了一种用于厚板的大热输入气电立焊方法,采用单焊丝在100%二氧化碳气体保护下,采用直流反接极性沿着竖立的厚板的高度方向从下往上进行焊接;其中焊接坡口采用V型坡口,在高度方向上坡口之间的间隙从下往上逐渐增大;其中,起焊处的二氧化碳气体流量为20-30L/min,后续焊接位置的二氧化碳气体流量为25-35L/min;起焊处的焊接电流小于后续焊接位置的焊接电流。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,焊接热输入为60-200kJ/cm。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,其中最下方起焊处的坡口间隙≥4mm;坡口间隙最大处≤10cm。
上述方案中,考虑到焊接过程将造成坡口间隙收缩,使得坡口后段间隙不断减小。过小的间隙将造成未焊透或者夹渣缺陷,所以间隙要适当的增大,因而,设置中最下方起焊处的坡口间隙≥4mm;坡口间隙最大处≤10cm。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,坡口角度为20-40°。
上述方案中,坡口角度将影响到坡口尺寸,由于气电立焊的加热区域有限,若坡口宽度过大将会导致侧壁的熔合不良甚至未熔合缺陷;若坡口宽度过小,不利于焊渣的排出,易出现夹渣缺陷。故通过坡口角度的限制,来控制坡口尺寸在一定的范围区间,以确保焊接质量。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,控制焊丝倾角为8-12°。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,控制焊缝熔敷金属的化学成分为:C≤0.06%,Mn:1.30~1.90%,Si≤0.40%,Mo:0.10~0.30%,Ni:0.6~2.0%,S≤0.015%,P≤0.015%,Ti:0.02-0.06%,B:≤0.0060%,余量为Fe和其他不可避免的杂质。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,在起焊处不对焊丝进行摆动。
上述方案中,在起焊处不对焊丝进行摆动,且可以优选地采用小电流短弧焊,以形成3mm的厚度层,以防止连续焊接时起弧处漏钢。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,在后续焊接位置,在板厚方向摆动焊丝,摆动幅度控制在±10mm范围内。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,起焊处的焊接电流为280-310A,后续焊接位置的焊接电流为350-420A。
进一步地,在本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法中,起焊处的电弧电压为30-34V,后续焊接位置的电弧电压为34-42V。
本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法具有如下所述的优点以及有益效果:
本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法很好地解决了现有技术中的气电立焊大线能量焊接热输入时,焊接接头质量不佳,存在未焊透、侧壁及根部未熔合等缺陷的问题,使得气电立焊接头质量完好,且沿着焊缝长度方向,正面和背面的焊缝宽度均匀一致。
附图说明
图1显示了采用本发明的用于厚板的大热输入气电立焊方法在一些实施方式中的坡口准备情况。
图2从某种视角示意性地显示了采用本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法在一些实施方式中的焊接情况。
图3从另一视角示意性地显示了采用本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法在一些实施方式中的焊接情况。
图4示意性地显示了本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法在一些实施方式中的焊丝位置与摆动示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法做进一步的解释和说明,然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
在一些实施方式中,用于厚板的大热输入气电立焊方法可以进行如下步骤:采用单焊丝在100%二氧化碳气体保护下,采用直流反接极性沿着竖立的厚板的高度方向从下往上进行焊接;其中焊接坡口采用V型坡口,在高度方向上坡口之间的间隙从下往上逐渐增大;其中,起焊处的二氧化碳气体流量为20-30L/min,后续焊接位置的二氧化碳气体流量为25-35L/min;起焊处的焊接电流小于后续焊接位置的焊接电流。
其中,在一些优选的实施方式中,进行焊接前,坡口可以如图1所示进行准备。图1显示了采用本发明的用于厚板的大热输入气电立焊方法在一些实施方式中的坡口准备情况。
如图1所示,钢板的板口采用V型坡口,所开坡口的原则是钢板越薄,坡口角度可以越大些,但坡口角度α1总体控制在20°-40°。焊接前对坡口及两侧d1范围内进行打磨,露出金属光泽,清理表面油污和锈迹,d1在本实施方式中设置为30mm。
图2从某种视角示意性地显示了采用本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法在一些实施方式中的焊接情况。图3从另一视角示意性地显示了采用本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法在一些实施方式中的焊接情况。
结合图2和图3可以看出,焊接板7之间设有衬垫1以及滑动挡板5,焊接板7通过熔化金属2以及熔缝金属3焊接在一起。焊接过程中,通入保护气体4和冷却水6。立焊板上面后焊接位置的间隙要比下面起焊处位置的间隙适当增大0.5-1.5mm,总体控制在最下方起焊处的坡口间隙≥4mm;坡口间隙最大处≤10cm。焊接过程将造成坡口间隙收缩,使得坡口后段间隙不断减小。过小的间隙将造成未焊透或者夹渣缺陷,所以末端的间隙要适当的增大。因此,焊丝倾角α2控制在8~12°,焊丝与水平面夹角α3为90度,且可以使得焊丝始终处于接头的中心处,不偏不倚,以保证焊接接头左右两边的热量分布均匀,防止单边侧壁未熔合。
图4示意性地显示了本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法在一些实施方式中的焊丝位置与摆动示意图。
如图4所示,在本实施方式中,焊接时所采用的焊接材料可以不使用普通的药芯气体保护焊丝,而是优选地采用含有铁粉的高效药芯气电立焊焊丝,这有利于改善了焊接工艺性能,提高了焊接效率,保证了根部的焊接完好。焊丝的位置处于要填充断面的重心处G(即焊丝的几何中心处位置),同时根据板厚情况以及采用的衬垫是铜衬或者陶瓷来选择是否对焊丝进行摆动,但摆动的幅度总体控制在±10mm范围内。
表1列出了起焊处以及后焊接位置的焊接规范参数。
表1.
Figure BDA0002179382520000051
表2列出采用本案的大热输入气电立焊方法的实施例1-6的焊接工艺参数
表2.
Figure BDA0002179382520000052
表3列出了实施例1-6所获得的焊缝熔覆金属的化学组分。
表3.(wt%,余量为Fe和其他不可避免的杂质)
Figure BDA0002179382520000061
采用本案的大热输入气电立焊方法进行焊接后,焊接接头截面可以观察到,接头熔合良好,未见裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。从焊缝成形的正面和背面来看,焊缝宽度均匀一致。
综上所述可以看出,本发明所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法很好地解决了现有技术中的气电立焊大线能量焊接热输入时,焊接接头质量不佳,存在未焊透、侧壁及根部未熔合等缺陷的问题,使得气电立焊接头质量完好,且沿着焊缝长度方向,正面和背面的焊缝宽度均匀一致。
需要说明的是,本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例,所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术,包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物,在先公开使用等等,都可纳入本发明的保护范围。
此外,本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式,本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合,除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是,以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例,随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的,均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于:采用单焊丝在100%二氧化碳气体保护下,采用直流反接极性沿着竖立的厚板的高度方向从下往上进行焊接;其中焊接坡口采用V型坡口,在高度方向上坡口之间的间隙从下往上逐渐增大;其中,起焊处的二氧化碳气体流量为20-30L/min,后续焊接位置的二氧化碳气体流量为25-35L/min;起焊处的焊接电流小于后续焊接位置的焊接电流。
2.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于,焊接热输入为60-200kJ/cm。
3.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于,其中最下方起焊处的坡口间隙≥4mm;坡口间隙最大处≤10cm。
4.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于,坡口角度为20-40°。
5.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,控制焊丝倾角为8-12°。
6.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于,控制焊缝熔敷金属的化学成分为:C≤0.06%,Mn:1.30~1.90%,Si≤0.40%,Mo:0.10~0.30%,Ni:0.6~2.0%,S≤0.015%,P≤0.015%,Ti:0.02-0.06%,B≤0.0060%,余量为Fe和其他不可避免的杂质。
7.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于,在起焊处不对焊丝进行摆动。
8.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于,在后续焊接位置,在厚板的厚度方向上摆动焊丝,摆动幅度控制在±10mm范围内。
9.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于,起焊处的焊接电流为280-310A,后续焊接位置的焊接电流为350-420A。
10.如权利要求1所述的用于厚板的大热输入气电立焊方法,其特征在于,起焊处的电弧电压为30-34V,后续焊接位置的电弧电压为34-42V。
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