CN112894083A - 一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，属于焊接技术领域。所述船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法包括：罐体筒节上设置有沿轴向设置的纵向焊缝，相邻两个罐体筒节之间沿周向设置有环向焊缝，根据待焊接的罐体筒节的厚度设置焊接坡口；将罐体筒节设置在滚动设备上，滚动设备能够驱动罐体筒节转动；采用深熔氩弧焊自动焊接设备对焊接坡口的根部间隙进行自熔打底层焊接；对焊接坡口进行填丝填充层焊接；对焊接坡口进行填丝盖面层焊接。本发明的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，通过自熔打底层焊接、填丝填充层焊接及填丝盖面层焊接，提高了焊接效率和焊接质量，降低了生产成本，且实现了自动化焊接。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法。
背景技术
9Ni钢由于具有不进行焊后消除应力热处理亦可安全使用、最低使用温度可达-196℃、强度高、低温韧性优异、焊接性能良好等优点，使其成为用于制造储罐的主要材料之一，是深冷环境下使用的韧性最好的材料。
针对低温储罐9Ni钢材料的特点以及在焊接过程中容易出现的裂纹等问题，9Ni钢在焊接施工中要达到理想的施工效果主要采取下列控制措施，一是选择低氢、低碳的焊接材料，使焊材与母材在室温和高温下的线膨胀系数基本相近，从而避免因不均匀的热胀冷缩造成的热应力，二是施焊前，利用有机溶液清洗或打磨的方法，对焊接坡口表面进行清理。
目前，9Ni钢的焊接方法有手工焊条焊接、埋弧焊焊接和药芯焊丝气保焊，各种焊接方法各有优缺点，其中，手工焊条焊接是传统的焊接方法，其焊接质量可靠，但对焊接工人的技术要求高，且焊接件的背面需要碳刨清根，增加了焊接工作量，焊接效率较低；埋弧焊焊接也存在背面需要碳刨清根，同样增加了焊接工作量；药芯焊丝气保焊存在气孔发生率较高，容易出现裂纹等问题，较少应用于工业化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，提高焊接效率和焊接质量，降低生产成本，实现自动化焊接。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，包括：
罐体筒节上设置有沿轴向设置的纵向焊缝，相邻两个所述罐体筒节之间沿周向设置有环向焊缝，根据待焊接的所述罐体筒节的厚度设置焊接坡口；
将所述罐体筒节设置在滚动设备上，所述滚动设备能够驱动所述罐体筒节转动；
采用深熔氩弧焊自动焊接设备对所述焊接坡口的根部间隙进行自熔打底层焊接；
对所述焊接坡口进行填丝填充层焊接；
对所述焊接坡口进行填丝盖面层焊接。
可选地，进行所述自熔打底层焊接时，焊接的输出电流为380A-400A，焊接速度为30-32cm/min，电极采用6.4mm钨极。
可选地，所述打底层的背面表面为凸形。
可选地，焊接时，均采用保护气体进行焊接，保护气体的流量为20L/min。
可选地，焊接前，使所述罐体筒节的磁当量小于20高斯，并清除所述焊接坡口的杂质。
可选地，当所述罐体筒节的厚度不大于14mm且不小于10mm时，所述焊接坡口为Y坡口，当所述罐体筒节的厚度大于14mm时，所述焊接坡口为X坡口。
可选地，所述罐体筒节上设置有至少两个所述纵向焊缝，每焊接完成一个所述纵向焊缝，所述滚动设备驱动所述罐体筒节转动，焊接下一个所述纵向焊缝，直到焊接完所有所述纵向焊缝。
可选地，所述滚动设备能够驱动所述罐体筒节，使所述纵向焊缝转至平焊位置。
可选地，焊接所述纵向焊缝之前，至少两个所述罐体筒节固定连接，且一个所述罐体筒节的所述纵向焊缝和另一个所述罐体筒节的所述纵向焊缝相对设置，焊接时，能够一次性焊接相对设置的多个所述罐体筒节的所述纵向焊缝。
可选地，焊接所述环向焊缝之前，相邻两个所述罐体筒节通过工装固定连接，焊接所述环向焊缝时，所述滚动设备驱动所述罐体筒节转动。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，通过自熔打底层焊接、填丝填充层焊接及填丝盖面层焊接，充分利用了深熔氩弧焊的特点，降低了工作量和生产成本，减少气孔和裂纹的发生，提高了焊接质量，同时通过填丝焊接保证了焊接接头整体性能和焊接效率，提高了产品的综合竞争力。通过深熔氩弧焊自动焊接设备进行焊接，滚动设备能够驱动罐体筒节转动，从而实现了自动化焊接，进而提高了焊接效率和操作便捷性。
附图说明
图1是本发明的实施例一提供的待焊接的船用储罐的结构示意图；
图2是本发明的实施例一提供的待焊接的船用储罐的侧视图；
图3是本发明的实施例一提供的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法流程图；
图4是本发明的实施例一提供的Y型坡口的示意图；
图5是本发明的实施例一提供的Y型坡口上焊接第一打底层的示意图；
图6是本发明的实施例一提供的Y型坡口上焊接填充层的结构示意图；
图7是本发明的实施例一提供的Y型坡口上焊接盖面层的结构示意图；
图8是本发明的实施例二提供的X型坡口的示意图；
图9是本发明的实施例二提供的X型坡口上焊接第二打底层的示意图；
图10是本发明的实施例二提供的X型坡口上焊接正面填充层的示意图；
图11是本发明的实施例二提供的X型坡口上焊接正面盖面层的示意图；
图12是本发明的实施例二提供的X型坡口上焊接背面填充层的示意图；
图13是本发明的实施例二提供的X型坡口上焊接背面盖面层的示意图。
图中：
100-滚轮；
1-储罐；11-纵向焊缝；12-环向焊缝；13-罐体筒节；14-Y型坡口；151-第一打底层；152-填充层；153-盖面层；16-X型坡口；171-第二打底层；172-正面填充层；173-正面盖面层；174-背面填充层；175-背面盖面层。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
本实施例提供了一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其包括以下步骤：
S1：罐体筒节13上设置有沿轴向设置的纵向焊缝11，相邻两个所述罐体筒节13之间沿周向设置有环向焊缝12，根据待焊接的所述罐体筒节13的厚度开制焊接坡口；
S2：将所述罐体筒节13设置在滚动设备上，所述滚动设备能够驱动所述罐体筒节13转动；
S3：采用深熔氩弧焊自动焊接设备对所述焊接坡口的根部间隙进行自熔打底层焊接；
S4：对所述焊接坡口进行填丝填充层焊接；
S5：对所述焊接坡口进行填丝盖面层焊接。
罐体筒节13通过纵向焊缝11焊接，相邻罐体筒节13通过环向焊缝12焊接以形成储罐1，根据不同的厚度开制焊接坡口，使其能够焊透，以保证焊接质量；滚动设备能够驱动罐体筒节13转动，当罐体筒节13上设置有多个纵向焊缝11时，焊接每个纵向焊缝11时可通过罐体筒节13转动实现不同纵向焊缝11的焊接，从而实现罐体筒节13的自动转动；通过深熔氩弧焊自动焊接设备进行焊接，具体地，深熔氩弧焊自动焊接设备可配置焊缝自动跟踪系统和自动送丝机，以实现自动焊接，从而提高了焊接效率和操作便捷性。
由于采用深熔氩弧焊接，当根部间隙较小时可采用自熔焊接而无需填丝，从而实现了根部间隙的自熔打底层焊接，电弧稳定，能避免产生缺陷，提高了焊接质量较高，且深熔氩弧焊后不需要大量背面碳刨清根工作，不仅减少了碳刨清根及打磨工作量，同时也降低了焊缝填充量；由于9Ni钢的焊材成本高，通过减少背面碳刨清根而减少了焊材使用量，进而降低了生产成本；降低焊接难度，提高了整体焊接效率，整体装焊效率提高50％；由于深熔氩弧焊打底机械性能较低，填充层和盖面层焊接时均采用填丝焊接，从而提高了焊接结构的机械性能，且提升了焊接效率。通过自熔打底层焊接、填丝填充层焊接及填丝盖面层焊接，充分利用了深熔氩弧焊的特点，降低了工作量和生产成本，减少气孔和裂纹的发生，提高了焊接质量，同时通过填丝焊接保证了焊接接头整体性能和焊接效率，提高了产品的综合竞争力，本焊接方法尤其适合于不小于10mm厚的9Ni钢船用储罐的自动焊接。
具体地，焊接纵向焊缝11之前，先固定连接罐体筒节13上的纵向焊缝，可以方便滚动设备驱动罐体筒节13转动。
在焊接之前，还包括如下具体的焊前准备。
在焊接前对工件焊接处进行加工以得到坡口，加工方法可以气割，也可以切削。由于材料厚度和焊接质量要求的不同，焊接坡口形状不尽相同，一般坡口形式分为K型、V型、I型、U型、X型等。当对待焊接的所述罐体筒节13的厚度开制焊接坡口时，所述罐体筒节13的厚度不大于14mm且不小于10mm时，本实施例中，所述焊接坡口为Y坡口，通过上述焊接方法实现了单面焊接双面成型，同时有效的减少了背面碳刨清根量，提高了效率又能避免气孔及裂纹发生。
本实施例中，坡口角度60°，钝边为4mm-6mm，间隙0-2mm。当根部间隙过大导致打底层比较薄时，在横向应力作用下极易产生打底裂纹,优选地，根部间隙控制在1.5mm-2mm。
9Ni钢是一种强磁性材料，9Ni钢在加工运输过程中可能被磁化，当用直流焊机焊接时会进一步磁化，导致电弧磁偏吹，影响焊接工艺的稳定性，从而直接影响到接头的质量。可选地，焊接前还要检测磁当量，当罐体筒节13的磁当量不满足要求时，必要时进行消磁处理，保证所述罐体筒节13的磁当量小于20高斯，以克服磁偏吹，提高焊接质量。
可选地，焊接前还要清除所述焊接坡口的氧化物、油污等杂质，以防止影响焊接效果。
可选地，所述滚动设备能够驱动所述罐体筒节13，使所述纵向焊缝11转至平焊位置。本实施例中，滚动设备能够使罐体筒节13的轴向沿水平方向设置，焊接中的纵向焊缝11转动至顶部位置以实现平焊，提高了焊接质量和降低了焊接难度。本实施例中，滚动设备上设置有滚轮100，罐体筒节13通过滚轮100实现滚动，结构简单。
可选地，可设置工装，在焊接所述环向焊缝12之前，相邻两个所述罐体筒节13通过工装固定连接，以便于后续焊接且能提高焊接质量。
选用深熔氩弧焊自动焊接设备时，最大可调节输出电流不得小于500A，以满足焊接要求，电极采用6.4mm钨极，以承受输出电流。
焊材的选用，可选地，焊材为ER NiCrMo-3/ER NiCrMo-3，焊丝直径为1mm。
保护气体的选用，可选地，保护气体为氩气，气体纯度为99.9％。
可选地，焊接流程包括以下具体步骤：
由于热输入量越大，焊接热循环中的高温停留时间就越长，冷却速度就越慢，接头组织的晶粒就越粗大，低温韧性下降。热输入量大之后出现柱状晶会产生偏析，增加热裂纹敏感性。小热输入量将增加焊接道数，能使后续焊道对前一焊道起到回火作用，提高低温韧性。在进行所述自熔打底层焊接时，由于不填丝，打底层的机械性能较低，因此打底层的厚度不宜过厚，同时为保证打底焊缝强度，避免出现裂纹缺陷，可选地，焊接的输出电流为380A-400A，可选地，焊接速度为30-32cm/min。
打底层焊接时，具体地，如图5所示，第一打底层151的正面宽度约为6-9mm，所述打底层的背面表面为凸形，使打底层的背面宽度约为2-3mm，以提高焊接效果。
填充层152焊接时，具体地，如图6所示，填丝速度为55cm/min,焊接电流为160-180A，焊接速度为10-12cm/min；可选地，层间温度不大于150℃，控制焊接热输入量，从而提高低温韧性，保证焊缝、热影响区良好的机械性能，优化整个焊接接头的技术指标。可选地，焊接时，均采用保护气体进行气体保护焊接，保护气体的流量为20L/min，使焊接质量容易保证，以提高焊接效果。为防止熔合不良，可加强层与层、道与道中间各层的清渣打磨工作，防止产生夹渣、熔合不良等缺陷。
同理，盖面层153焊接时，具体地，如图7所示，参数参照填充层152焊接。
具体地，填充层152焊接和盖面层153焊接可采用手工焊条焊接、埋弧焊焊接或药芯焊丝气保焊等方法进行焊接，不作限定，以上焊接方法均为现有技术，不再赘述。
可选地，所述罐体筒节13上设置有至少两个所述纵向焊缝11，每焊接完成一个所述纵向焊缝11，所述滚动设备驱动所述罐体筒节13转动，焊接下一个所述纵向焊缝11，直到焊接完所有所述纵向焊缝11，通过滚动设备实现了罐体筒节13的自动转动，提高了转动效率。
可选地，焊接所述纵向焊缝11之前，至少两个所述罐体筒节13固定连接，且一个所述罐体筒节13的所述纵向焊缝11和另一个所述罐体筒节13的所述纵向焊缝11相对设置，焊接时，能够一次性焊接相对设置的多个所述罐体筒节13的所述纵向焊缝11，之后滚动设备再整体转动各个固定连接在一起的罐体筒节13，再一次性焊接另外的相对设置的多个所述罐体筒节13的所述纵向焊缝11，减少罐体筒节13的转动，从而提高了焊接效率。
可选地，焊接所述环向焊缝12时，所述滚动设备驱动所述罐体筒节13转动，使焊头固定设置避免移动，方便调节位置关系，提高了相对位置精度，进而提高了焊质量。
实施例二
如图8-图13所示，本实施例提供了一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，且本实施例提供的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法与实施例一中的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法的步骤基本相同，仅罐体筒节13厚度存在差异，本实施例不再对与实施例一相同的步骤进行赘述。
本实施例与实施例一的区别在于，当所述罐体筒节13的厚度大于14mm时，所述焊接坡口为X坡口，具体地，坡口角度为60°，钝边为4-6，间隙0-2mm。
焊接步骤依次为：第二打底层171焊接、正面填充层172焊接、正面盖面层173焊接、背面填充层174焊接和背面盖面层175焊接。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，包括：
罐体筒节(13)上设置有沿轴向设置的纵向焊缝(11)，相邻两个所述罐体筒节(13)之间沿周向设置有环向焊缝(12)，根据待焊接的所述罐体筒节(13)的厚度设置焊接坡口；
将所述罐体筒节(13)设置在滚动设备上，所述滚动设备能够驱动所述罐体筒节(13)转动；
采用深熔氩弧焊自动焊接设备对所述焊接坡口的根部间隙进行自熔打底层焊接；
对所述焊接坡口进行填丝填充层焊接；
对所述焊接坡口进行填丝盖面层焊接。
2.根据权利要求1所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，进行所述自熔打底层焊接时，焊接的输出电流为380A-400A，焊接速度为30-32cm/min，电极采用6.4mm钨极。
3.根据权利要求1所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，所述打底层的背面表面为凸形。
4.根据权利要求1所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，焊接时，均采用保护气体进行焊接，保护气体的流量为20L/min。
5.根据权利要求1所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，焊接前，使所述罐体筒节(13)的磁当量小于20高斯，并清除所述焊接坡口的杂质。
6.根据权利要求1所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，当所述罐体筒节(13)的厚度不大于14mm且不小于10mm时，所述焊接坡口为Y坡口，当所述罐体筒节(13)的厚度大于14mm时，所述焊接坡口为X坡口。
7.根据权利要求1-6任一项所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，所述罐体筒节(13)上设置有至少两个所述纵向焊缝(11)，每焊接完成一个所述纵向焊缝(11)，所述滚动设备驱动所述罐体筒节(13)转动，焊接下一个所述纵向焊缝(11)，直到焊接完所有所述纵向焊缝(11)。
8.根据权利要求1-6任一项所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，所述滚动设备能够驱动所述罐体筒节(13)，使所述纵向焊缝(11)转至平焊位置。
9.根据权利要求1-6任一项所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，焊接所述纵向焊缝(11)之前，至少两个所述罐体筒节(13)固定连接，且一个所述罐体筒节(13)的所述纵向焊缝(11)和另一个所述罐体筒节(13)的所述纵向焊缝(11)相对设置，焊接时，能够一次性焊接相对设置的多个所述罐体筒节(13)的所述纵向焊缝(11)。
10.根据权利要求1-6任一项所述的船用储罐9Ni钢的自动对接焊接方法，其特征在于，焊接所述环向焊缝(12)之前，相邻两个所述罐体筒节(13)通过工装固定连接，焊接所述环向焊缝(12)时，所述滚动设备驱动所述罐体筒节(13)转动。
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