CN112846459A - 一种变极性双钨极焊接化工管板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变极性双钨极焊接化工管板的方法，包括1)焊前来料检测，2)工件焊前准备，3)焊前预热，4)焊前设备准备，5)过渡层焊接，6)过渡层后热，7)覆层焊前准备，8)覆层焊接，9)覆层后热，10)焊后检验等步骤。本发明使管板的焊接质量好，焊接效率高，通过变极性工艺达到的焊层成型好等优点，同时降低焊接成本。

Description

一种变极性双钨极焊接化工管板的方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种变极性双钨极焊接化工管板的方法。

背景技术

双钨极焊接技术广泛运用在连接焊的领域，在堆焊行业运用极少。在堆焊板块中，目前大多使用的是单丝热丝TIG堆焊工艺，这种传统堆焊工艺焊接效率低，只有1kg/h～2kg/h。化工容器行业中的比如管板堆焊量达150kg的焊材，传统TIG堆焊时间需要80h～120h，针对以上情况操作人员一般会使用MIG焊工艺和带级埋弧焊操作，MIG焊效率可达4kg/h～5kg/h,但是化工容器行业不允许使用MIG工艺，成为亟需解决的问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种变极性双钨极焊接化工管板的方法，使管板的焊接质量好，焊接效率高，通过变极性工艺达到的焊层成型好等优点，同时降低焊接成本。

技术方案：本发明的一种变极性双钨极焊接化工管板的方法，包括下述步骤：

1)焊前来料检测，对化工管板待焊工件进行目视检测与尺寸检测；

2)工件焊前准备，去除工件表面铁锈油污表面氧化物，补平工件表面孔洞或沙眼；

3)焊前预热，将整体工件放在预热炉中预热；预热温度150℃以上，保温2h以上；

4)焊前设备准备，在焊接之前让变极性双钨极堆焊系统达到可焊接的状态；

5)过渡层焊接，通过过渡层的焊接保证覆层材料的化学成分；管板母材为16MN钢材，堆焊过渡层材料为309Lmo焊丝；

6)过渡层后热，完成过渡层堆焊后，管板形变，通过后热工序消除焊接残余应力；后热工序为：升温55℃/h～200℃/h，保温温度为620±20℃，保温时间为1h以上，降温55℃/h～280℃/h随炉冷却；

7)覆层焊前准备，后热工序后继续进行过渡层以上的焊接，即覆层的焊接；

8)覆层焊接，进行覆层的多层焊接；

9)覆层后热，完成覆层堆焊后，管板形变，通过后热工序消除焊接残余应力；

10)焊后检验，通过目视检测、尺寸检测与渗透检测合格后完成焊接。

其中，所述的步骤2)中使用电动角磨机打磨待焊面去除铁锈油污表面氧化物，使用TIG直流手工焊修补并打磨平待焊层面存在的孔洞或沙眼。

其中，所述的步骤4)中变极性双钨极堆焊系统包括十字划架，十字划架包括横梁与竖梁；所述竖梁的底部与十字划架底座连接，十字划架底座上设有PLC控制柜、2台变极性交流焊机、2台直流焊机与制冷水箱，PLC控制柜上方设有HMI控制器；所述横梁的焊接端设有AVC弧压跟踪轴，AVC弧压跟踪轴与摆动轴垂直设置且摆动轴与焊枪连接，焊枪下方对应位置设有翻转变位机，横梁的焊接端内部设有高频发生器，高频发生器后方设有送丝机且送丝机位于横梁外部，横梁的末端设有送丝盘。

其中，所述的变极性双钨极堆焊系统中PLC控制柜内部设有CPU，通过模拟量输入输出PLC控制柜内的伺服放大器、电机驱动、焊机通讯模块；所述PLC控制柜设有急停开关与总电源开关；所述HMI控制器设有人机交互屏，用于焊接工艺曲线编辑、行走程序编辑、电动或自动控制各个部件的动作、监控与调整焊接实时参数。

其中，所述的变极性双钨极堆焊系统中焊枪包括枪体、第一钨极、第二钨极、第一钨极绝缘套桩、第二钨极绝缘套桩与双钨极外喷嘴；所述第一钨极与第二钨极之间的夹角为30°；所述第一钨极绝缘套桩与第二钨极绝缘套桩之间的夹角为30°。

其中，所述的变极性双钨极堆焊系统的使用方法，包括下述步骤：

1)通过外部电源给堆焊系统供电，打开PLC控制柜上的总电源开关；

2)在送丝盘上安装焊丝，引导焊丝穿过送丝机并达到焊枪前端的送丝管内，通过送丝机内的卡扣锁紧焊丝；

3)打磨第一钨极、第二钨极安装在焊枪的枪头内，安装后的第一钨极与第二钨极伸出长度交接点之间距离大于4mm；

4)将待焊工件安装在翻转变位机上，矫正圆心，使工件的圆心与翻转变位机转盘的圆心精度控制在±1mm以内；

5)操作HMI控制器控制十字划架对焊接位置进行初步调节，控制AVC弧压跟踪轴与摆动轴对焊接位置进行微调；

6)在HMI控制器(7)上编辑待焊工件的行走程序与焊接工艺曲线；包括设置管板直径、换道参数、摆动参数与焊接速度；

7)打开制冷水箱对焊枪内进行通水；

8)开始焊接操作，通过高频发生器进行焊接前的高频电压击穿空气引弧，通过变极性交流焊机、直流焊机进行焊接；焊接气体使用4％的HR+H2，气流量为22L/min；

9)遇到特殊紧急情况下通过HMI控制器或者PLC控制柜上的急停开关进行关停，排出问题后继续焊接直至焊接完成。

其中，所述的步骤5)与步骤8)的焊接过程包括下述步骤：

1)操作HMI控制器将焊枪移至待焊层起始位置；

2)检测气体与水是否打开；

3)根据既定程序进行焊接操作，焊接过程中AVC弧压跟踪轴根据弧压的精度和大小自动抬升或下降焊枪直至完成单层或多层焊接操作。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明通过使用变极性双钨极焊接系统焊接管板，使管板的焊接质量好，焊接效率高，通过变极性工艺达到的焊层成型好等优点，另外通过AVC弧压跟踪使管板焊接实现自动化，避免了大面积堆焊过程中高额的人员成本。

附图说明

图1为本发明的变极性双钨极堆焊系统的结构示意图；

图2为本发明的焊枪的结构示意图；

图中1为十字划架；2为AVC弧压跟踪轴；3为摆动轴；4为十字划架底座；5为翻转变位机；6为PLC控制柜；7为HMI控制器；8为变极性交流焊机；9为直流焊机；10为制冷水箱；11为送丝盘；12为焊枪；13为送丝机；14为高频发生器；15为第一钨极；16为第二钨极；17为第一钨极绝缘套桩；18为第二钨极绝缘套桩；19为枪体；20为双钨极外喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。

实施例1：16MN钢管板焊接309过渡层及308覆层，整体堆焊重量262Kg案例：要求，焊层有效厚度6mm以上，成分及PT满足要求。

本实施例的一种变极性双钨极焊接化工管板的方法，其特征在于：包括下述步骤：

1)焊前来料检测，对化工管板待焊工件进行目视检测与尺寸检测；目视检测是指工件表面不得有磕碰，待焊表面不得存在气孔、裂纹等表面缺陷(如需PT，需达到焊后要求PT检测标准)；所述尺寸检验是指管板待焊区的尺寸满足客户所需的尺寸要求(根据此处尺寸得出待焊层的尺寸)；

2)工件焊前准备，使用电动角磨机打磨待焊面去除铁锈油污表面氧化物，使用TIG直流手工焊修补并打磨平待焊层面存在的孔洞或沙眼；

3)焊前预热，将整体工件放在预热炉中预热；预热温度150℃，升温时间2h，保温2h；

4)焊前设备准备，在焊接之前让变极性双钨极堆焊系统达到可焊接的状态；变极性双钨极堆焊系统包括十字划架1，十字划架1包括横梁与竖梁；竖梁的底部与十字划架底座4连接，十字划架底座4上设有PLC控制柜6、2台变极性交流焊机8、2台直流焊机9与制冷水箱10，PLC控制柜6上方设有HMI控制器7；横梁的焊接端设有AVC弧压跟踪轴2，AVC弧压跟踪轴2与摆动轴3垂直设置且摆动轴3与焊枪12连接，焊枪12下方对应位置设有翻转变位机5，横梁的焊接端内部设有高频发生器14，高频发生器14后方设有送丝机13且送丝机13位于横梁外部，横梁的末端设有送丝盘11；PLC控制柜6内部设有CPU，通过模拟量输入输出PLC控制柜6内的伺服放大器、电机驱动、焊机通讯模块；PLC控制柜6设有急停开关与总电源开关；HMI控制器7设有人机交互屏，用于焊接工艺曲线编辑、行走程序编辑、电动或自动控制各个部件的动作、监控与调整焊接实时参数；焊枪12包括枪体19、第一钨极15、第二钨极16、第一钨极绝缘套桩17、第二钨极绝缘套桩18与双钨极外喷嘴20；第一钨极15与第二钨极16之间的夹角为30°；第一钨极绝缘套桩17与第二钨极绝缘套桩18之间的夹角为30°；

5)过渡层焊接，通过过渡层的焊接保证覆层材料的化学成分；管板母材为16MN钢材，堆焊过渡层材料为309Lmo焊丝；焊接过程包括下述步骤：1)操作HMI控制器7将焊枪12移至待焊层起始位置；2)检测气体与水是否打开；3)根据既定程序进行焊接操作，焊接过程中AVC弧压跟踪轴2根据弧压的精度和大小自动抬升或下降焊枪12直至完成单层或多层焊接操作；

焊层	电流	AVC电压	送丝速度	材料	AVC跟踪精度
						过渡层1	350-380	13.5-15	4.8	309	0.5

6)过渡层后热，完成过渡层堆焊后，管板形变，通过后热工序消除焊接残余应力；后热工序为：升温55℃/h～200℃/h，保温温度为620±20℃，保温时间为1h以上，降温55℃/h～280℃/h随炉冷却；

7)覆层焊前准备，后热工序后继续进行过渡层以上的焊接，即覆层的焊接；

8)覆层焊接，进行覆层的多层焊接；焊接过程包括下述步骤：1)操作HMI控制器7将焊枪12移至待焊层起始位置；2)检测气体与水是否打开；3)根据既定程序进行焊接操作，焊接过程中AVC弧压跟踪轴2根据弧压的精度和大小自动抬升或下降焊枪12直至完成单层或多层焊接操作；

焊层	电流	AVC电压	送丝速度	材料	AVC跟踪精度
						覆层2-3	350-380	13.5-15	5.4	308	0.5
覆层4	350-380	13.5-15	4.5-5	308	0.5

9)覆层后热，完成覆层堆焊后，管板形变，通过后热工序消除焊接残余应力；

10)焊后检验，通过目视检测、尺寸检测与渗透检测合格后完成焊接。目视检测指在堆焊焊缝不得存在气孔、裂纹、夹渣、焊瘤、未溶合等缺陷，平整度满足＜0.5mm的要求；尺寸检测是指焊接完后的焊层尺寸与焊前检验的尺寸图纸相对应，堆焊层尺寸满足堆焊层厚度的要求；渗透检测是指堆焊结束后堆焊层表面进行PT渗透探伤，检测满足NB/T47013.5Ⅰ级别合格的要求。

具体而言：目视检验：堆焊焊缝不得存在气孔、裂纹、夹渣、焊瘤、未溶合等缺陷，平整度满足＜0.5mm的要求；尺寸检验：待焊区是否全部焊满，厚度是否满足8.4mm的要求；PT检验：探伤要求满足NB/T47013.5的Ⅰ级别合格要求；成分检测(308/308L)：Cr：19.5％～22％；Ni：9％～11％；Mo≤0.75％；成分检测(309过渡层)：Cr:23％～25％；Ni:12％～14％；Mo≤0.75％。

其中，变极性双钨极堆焊系统的使用方法，包括下述步骤：

1)通过外部电源给堆焊系统供电，打开PLC控制柜6上的总电源开关；

2)在送丝盘11上安装焊丝，引导焊丝穿过送丝机13并达到焊枪12前端的送丝管内，通过送丝机13内的卡扣锁紧焊丝；

3)打磨第一钨极15、第二钨极16安装在焊枪12的枪头内，安装后的第一钨极15与第二钨极16伸出长度交接点之间距离为4mm；

4)将待焊工件安装在翻转变位机5上，矫正圆心，使工件的圆心与翻转变位机5转盘的圆心精度控制在±1mm以内；

5)操作HMI控制器7控制十字划架1对焊接位置进行初步调节，控制AVC弧压跟踪轴2与摆动轴3对焊接位置进行微调；

6)在HMI控制器7上编辑待焊工件的行走程序与焊接工艺曲线；直径设置1800mm，换道距离6mm，换道速度120mm/min，摆宽2mm，摆速2800mm/min，摆动左右停留0.02s。焊接速度450mm/min，焊丝直径1.2mm；

7)打开制冷水箱10对焊枪12内进行通水；

8)开始焊接操作，通过高频发生器14进行焊接前的高频电压击穿空气引弧，通过变极性交流焊机8、直流焊机9进行焊接；焊接气体使用4％的HR+H2，气流量为22L/min；

9)遇到特殊紧急情况下通过HMI控制器7或者PLC控制柜6上的急停开关进行关停，排出问题后继续焊接直至焊接完成。

Claims (7)

1.一种变极性双钨极焊接化工管板的方法，其特征在于：包括下述步骤：

1)焊前来料检测，对化工管板待焊工件进行目视检测与尺寸检测；

2)工件焊前准备，去除工件表面铁锈油污表面氧化物，补平工件表面孔洞或沙眼；

3)焊前预热，将整体工件放在预热炉中预热；预热温度150℃以上，保温2h以上；

4)焊前设备准备，在焊接之前让变极性双钨极堆焊系统达到可焊接的状态；

5)过渡层焊接，通过过渡层的焊接保证覆层材料的化学成分；管板母材为16MN钢材，堆焊过渡层材料为309Lmo焊丝；

6)过渡层后热，完成过渡层堆焊后，管板形变，通过后热工序消除焊接残余应力；后热工序为：升温55℃/h～200℃/h，保温温度为620±20℃，保温时间为1h以上，降温55℃/h～280℃/h随炉冷却；

7)覆层焊前准备，后热工序后继续进行过渡层以上的焊接，即覆层的焊接；

8)覆层焊接，进行覆层的多层焊接；

9)覆层后热，完成覆层堆焊后，管板形变，通过后热工序消除焊接残余应力；

10)焊后检验，通过目视检测、尺寸检测与渗透检测合格后完成焊接。

2.根据权利要求1所述的变极性双钨极焊接化工管板的方法，其特征在于：所述的步骤2)中使用电动角磨机打磨待焊面去除铁锈油污表面氧化物，使用TIG直流手工焊修补并打磨平待焊层面存在的孔洞或沙眼。

3.根据权利要求1所述的变极性双钨极焊接化工管板的方法，其特征在于：所述的步骤4)中变极性双钨极堆焊系统包括十字划架(1)，十字划架(1)包括横梁与竖梁；所述竖梁的底部与十字划架底座(4)连接，十字划架底座(4)上设有PLC控制柜(6)、2台变极性交流焊机(8)、2台直流焊机(9)与制冷水箱(10)，PLC控制柜(6)上方设有HMI控制器(7)；所述横梁的焊接端设有AVC弧压跟踪轴(2)，AVC弧压跟踪轴(2)与摆动轴(3)垂直设置且摆动轴(3)与焊枪(12)连接，焊枪(12)下方对应位置设有翻转变位机(5)，横梁的焊接端内部设有高频发生器(14)，高频发生器(14)后方设有送丝机(13)且送丝机(13)位于横梁外部，横梁的末端设有送丝盘(11)。

4.根据权利要求3所述的变极性双钨极焊接化工管板的方法，其特征在于：所述的变极性双钨极堆焊系统中PLC控制柜(6)内部设有CPU，通过模拟量输入输出PLC控制柜(6)内的伺服放大器、电机驱动、焊机通讯模块；所述PLC控制柜(6)设有急停开关与总电源开关；所述HMI控制器(7)设有人机交互屏，用于焊接工艺曲线编辑、行走程序编辑、电动或自动控制各个部件的动作、监控与调整焊接实时参数。

5.根据权利要求3所述的变极性双钨极焊接化工管板的方法，其特征在于：所述的变极性双钨极堆焊系统中焊枪(12)包括枪体(19)、第一钨极(15)、第二钨极(16)、第一钨极绝缘套桩(17)、第二钨极绝缘套桩(18)与双钨极外喷嘴(20)；所述第一钨极(15)与第二钨极(16)之间的夹角为30°；所述第一钨极绝缘套桩(17)与第二钨极绝缘套桩(18)之间的夹角为30°。

6.根据权利要求3所述的变极性双钨极焊接化工管板的方法，其特征在于：所述的变极性双钨极堆焊系统的使用方法，包括下述步骤：

1)通过外部电源给堆焊系统供电，打开PLC控制柜(6)上的总电源开关；

2)在送丝盘(11)上安装焊丝，引导焊丝穿过送丝机(13)并达到焊枪(12)前端的送丝管内，通过送丝机(13)内的卡扣锁紧焊丝；

3)打磨第一钨极(15)、第二钨极(16)安装在焊枪(12)的枪头内，安装后的第一钨极(15)与第二钨极(16)伸出长度交接点之间距离大于4mm；

4)将待焊工件安装在翻转变位机(5)上，矫正圆心，使工件的圆心与翻转变位机(5)转盘的圆心精度控制在±1mm以内；

5)操作HMI控制器(7)控制十字划架(1)对焊接位置进行初步调节，控制AVC弧压跟踪轴(2)与摆动轴(3)对焊接位置进行微调；

6)在HMI控制器(7)上编辑待焊工件的行走程序与焊接工艺曲线；包括设置管板直径、换道参数、摆动参数与焊接速度；

7)打开制冷水箱(10)对焊枪(12)内进行通水；

8)开始焊接操作，通过高频发生器(14)进行焊接前的高频电压击穿空气引弧，通过变极性交流焊机(8)、直流焊机(9)进行焊接；焊接气体使用4％的HR+H2，气流量为22L/min；

9)遇到特殊紧急情况下通过HMI控制器(7)或者PLC控制柜(6)上的急停开关进行关停，排出问题后继续焊接直至焊接完成。

7.根据权利要求1所述的变极性双钨极焊接化工管板的方法，其特征在于：所述的步骤5)与步骤8)的焊接过程包括下述步骤：

1)操作HMI控制器(7)将焊枪(12)移至待焊层起始位置；

2)检测气体与水是否打开；

3)根据既定程序进行焊接操作，焊接过程中AVC弧压跟踪轴(2)根据弧压的精度和大小自动抬升或下降焊枪(12)直至完成单层或多层焊接操作。

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