CN112935538B - 一种拼接厚板高效焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拼接厚板高效焊接方法，在第一拼接厚板和第二拼接厚板的一侧或两侧上分别向相对侧开一段相互对称的单边坡口，使第一拼接厚板的拼接的单边坡口与第二拼接厚板拼接的单边坡口之间形成U型或I型坡口间隙；将第一拼接厚板和第二拼接厚板固定在焊接工装夹具上，校正待拼接的第一拼接厚板和第二拼接厚板的U型或I型坡口间隙；用激光跟踪焊接枪发出的激光光束对所述U型或I型坡口间隙坡口底部进行扫描打底焊接，用窄间隙焊枪对第一拼接厚板和第二拼接厚板的正面且沿U型或I型坡口间隙进行单层第一道焊接；再将第一拼接厚板和第二拼接厚板翻转并固定进行第二道焊接。本发明大简化了焊接的工艺，减少焊材使用和提高了焊接效率。

Description

一种拼接厚板高效焊接方法
技术领域
本发明涉及钢板拼接与焊接技术领域，尤其涉及一种拼接厚板高效焊接方法。
背景技术
在现代焊接技术中，质量、效率、低成本是焊接工业生产中的重要指标，随着工业装备、建筑钢构、国防装备向大容量、高参数、大型化的快速发展，厚板、大厚板、超厚板焊接结构(≥30mm)的应用越来越广泛，对厚板的焊接接头变形、机械性能等提出了更高的要求，厚板、大厚板、超厚板焊接结构由于其刚度和拘束度大，焊接残余应力与残余变形大，焊接工程量大，焊接生产成本高，制造质量、生产周期和制造成本与企业的经济效益的矛盾日益突出，寻求制造质量更高、生产率更高、制造成本更低的焊接新工艺及其配套设备，已成为国内外装备制造企业焊接技术进步的迫切需要。就现有技术来看，MIG/MAG焊(熔化极气体保护电弧焊)已得到了越来越广泛的应用。具体来说，这种焊接方法是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬嘴喷出的气体来保护电弧进行焊接的。由于熔化极气体保护电弧焊通常用的保护气体有氩气、氦气、二氧化碳气或这些的混合气体。以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊(称为MIG)；以惰性气体与氧化性气体(氧气和二氧化碳)的混合气为保护气时，或以二氧化碳气体或二氧化碳+氧气的混合气体为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊(在国际上称为MAG焊)，对于一些厚板、大厚板、超厚的工件的窄间隙来说，焊枪的位置往往在焊接过程中无法得到有效的监控，而且间隙和角度受材质、收缩变形等因素影响，导致在电弧焊接过程中，容易出现不必要的偏差，从而影响厚板的窄间隙工件质量，并且焊缝成型差，降低了焊接效率和质量。
发明内容
本发明的目的在于提一种拼接厚板高效焊接方法，本发明的焊接方法大大简化了焊接的工艺，减少焊材使用量和提高了焊接效率，焊接过程中有利于形成焊道以及减少气孔的产生。为了实现上述目的，本发明采用以下技术效果：
根据本发明的一个方面，提供了一种拼接厚板高效焊接方法，在第一拼接厚板和第二拼接厚板的一侧或两侧上分别向相对侧开一段相互对接的单边坡口，在对接待焊时，使第一拼接厚板拼接的单边坡口与第二拼接厚板拼接的单边坡口之间形成U型或I型坡口间隙；
将第一拼接厚板和第二拼接厚板固定在焊接工装夹具上，焊接前，分别对第一拼接厚板和第二拼接厚板的一段单边坡口表面进行打磨或清洗；
校正待拼接的第一拼接厚板和第二拼接厚板的U型或I型坡口间隙，使所述第一拼接厚板与第二拼接厚板之间形成11mm-13mm的U型或I型坡口间隙，并对第一拼接厚板进行定位；
采用激光跟踪焊接枪发出的激光光束对所述U型坡口间隙坡口底部进行扫描打底焊接，使用窄间隙焊枪对所述第一拼接厚板和第二拼接厚板的正面且沿U型或I型坡口间隙进行单层第一道焊接；将所述第一拼接厚板和第二拼接厚板翻转并固定，使用窄间隙焊枪伸入U型或I型坡口间隙内且进行周期性移动，对所述第一拼接厚板的反面和第二拼接厚板的反面且沿U型或I型坡口间隙进行单层第二道焊接；
进行单层第二道焊接结束后，再次依次翻转，并对第一拼接厚板与第二拼接厚板的正面以及第一拼接厚板与第二拼接厚板的反面重复焊接直至填满坡口。
上述方案优选的，所述窄间隙焊枪的整体结构呈扁平状的焊枪，所述窄间隙焊枪的最薄厚度为5mm-7mm。
上述方案进一步优选的，所述窄间隙焊枪为氩气、氦气或二氧化碳气中的一种气体保护焊的焊枪。
上述方案进一步优选的，所述单边坡口的坡度为3°～5°，所述第一拼接厚板对接坡口的一侧与第二拼接厚板对接坡口的同一侧之间形成U型坡口间隙，所述U型坡口间隙的底部至厚板边缘的距离之间的距离为5mm～7mm，所述U型坡口间隙的底部过渡圆角半径为4～6mm。
上述方案进一步优选的，所述窄间隙焊枪上下移动的速度为15mm/s～20mm/s，所述窄间隙焊枪前后移动的速度为5mm/s～20mm/s。
上述方案进一步优选的，沿U型或I型坡口间隙进行单层第一道焊接时，在所述单边坡口正面检测第一焊接监控值，根据第一焊接监控值则进行翻转，然后进行单层第二道焊接，依次在所述单边坡口反面检测第二焊接监控值。
上述方案进一步优选的，在所述单边坡口依次沿长度方向和坡度方向进行检测第一焊接监控值和第二焊接监控值。
综上所述，本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
(1)、根据所检测的第一焊接监控值和第二焊接监控值能更好地对U型或I型坡口进行熔化，防止量损失以及坡口、底部出现未熔合现象等，也防止在焊接过程中，对超厚板焊接过程中进行变形检测，防止厚板经过多次翻转焊接过程中变形，使得焊接完成后不再进行验证工作，大大简化了焊接的工艺，提高了焊接效率，降低了生产成本，提高了产品的竞争力；
(2)、可以有效的预热坡口底部，并使激光的能量能够均匀的分散到坡口底部及坡口上，焊缝热影响区域较窄，不但可以减少热输入，有利于打底焊成形均匀，避免因坡口底部温度过低引起焊丝融化时润湿角过大导致的侧壁融合不良，使坡口预热充分，有利于形成焊道以及减少气孔的产生，减少焊接缺陷，降低残余变形及残余应力。
附图说明
图1是本发明的窄间隙焊接装置结构示意图；
图2是本发明的一种拼接厚板高效焊接方法的焊接施工示意图；
图3是本发明的一种拼接厚板高效焊接方法的第一U型坡口间隙实施例示意图；
图4是本发明的一种拼接厚板高效焊接方法的I形坡口间隙实施例示意图；
图5是本发明的一种拼接厚板高效焊接方法的第二U型坡口间隙实施例示意图；
附图中，第一拼接厚板1，第二拼接厚板2，转盘10，纵向支撑架11，横向摆臂12，窄间隙焊枪调节滑架13，窄间隙焊枪14，激光跟踪焊接枪15，滑轨120。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
结合图1、图2、图3和图4所示，根据本发明的一种拼接厚板高效焊接方法，使用窄间隙焊接装置对第一拼接厚板1和第二拼接厚板2进行焊接，所述窄间隙焊接装置包括转盘10、纵向支撑架11、横向摆臂12和窄间隙焊枪调节滑架13；所述纵向支撑架11的竖直固定在转盘10上，所述横向摆臂12呈水平设置，横向摆臂12的一侧通过滑动块安装在纵向支撑架11，且横向摆臂12的一侧通过滑动块上下滑动连接在所述纵向支撑架11上，所述横向摆臂12的另一侧设置所述窄间隙焊枪调节滑架13，且该窄间隙焊枪调节滑架13沿横向摆臂12上往返滑动；所述窄间隙焊枪调节滑架13内安装有窄间隙焊枪14，且在窄间隙焊枪调节滑架外倾斜设置有激光跟踪焊接枪15，窄间隙焊枪14和激光跟踪焊接枪15之间的夹角为20°至30°，窄间隙焊枪14和激光跟踪焊接枪15采用错位方式安装，不仅增加了可焊接的有效；在错位方式下，还可以提高焊接部位的整体熔透性，使焊缝成形更美观，提高了焊接部位的力学性能；在横向摆臂12上设置滑轨120，窄间隙焊枪调节滑架13通过滑轨120在横向摆臂12上往返滑动，该转盘10驱动纵向支撑架11转动时，带动横向摆臂12摆动，从而平稳、有效地控制窄间隙焊枪14和激光跟踪焊接枪15进行移动，所述高效焊接的过程步骤为：首先，在第一拼接厚板1和第二拼接厚板2的一侧或两侧上分别向相对侧开一段相互对称的单边坡口，所述单边坡口的坡度为3°～5°，单边坡口的加工可以采用气割或等离子切割；在对接待焊时，使第一拼接厚板1拼接的单边坡口与第二拼接厚板2拼接的单边坡口之间形成U型或I型坡口间隙3，所述U型坡口间隙的底部至厚板边缘(如图3所示)，所述U型坡口间隙3的底部过渡圆角半径(R)为4～6mm，所述第一拼接厚板1对接坡口的一侧与第二拼接厚板2对接坡口的同一侧之间形成U型坡口间隙，所述U型坡口间隙的底部至厚板边缘的距离之间的距离为5mm～7mm；将第一拼接厚板1和第二拼接厚板2固定在焊接工装夹具上，焊接前，分别对第一拼接厚板1和第二拼接厚板2的一段单边坡口表面进行打磨或清洗；对坡口面进行打磨清理，从而保证坡口面的平整度；其次，校正待拼接的第一拼接厚板1和第二拼接厚板2的U型或I型坡口间隙，保证焊接时保证平齐，减少焊接误差，使所述第一拼接厚板1与第二拼接厚板2之间形成11mm-13mm的U型或I型坡口间隙(如图3和图4所示)，并对第一拼接厚板1进行定位；再次，采用激光跟踪焊接枪15发出的激光光束对所述U型或I型坡口间隙坡口底部进行扫描打底焊接，激光跟踪焊接枪15发出的激光光束以10mm/s-20mm/s的速度从U型坡口间隙坡口底部前端区域移动至后端区域，沿U型坡口间隙的开口方向往返移动调节激光跟踪焊接枪15，从而激光跟踪焊接枪15检测相对坡口的激光电弧距离(不大于4mm)，激光跟踪焊接枪15发射的激光功率为0.6kW-3kW；使用窄间隙焊枪14对所述第一拼接厚板1和第二拼接厚板2的正面且沿U型或I型坡口间隙进行单层第一道焊接，将所述第一拼接厚板1和第二拼接厚板2翻转并固定，使用窄间隙焊枪14伸入U型或I型坡口间隙内且进行周期性移动，对所述第一拼接厚板1的反面和第二拼接厚板2的反面且沿U型或I型坡口间隙进行单层第二道焊接；最后，进行单层第二道焊接结束后，再次依次翻转，并对第一拼接厚板1与第二拼接厚板2的正面以及第一拼接厚板1与第二拼接厚板2的反面进行单层或多层重复焊接直至填满坡口。
作为本发明的另一实施例，如图5所示，所述第一拼接厚板1对接坡口的两侧与第二拼接厚板2对接坡口的两侧之间形成相互对称的U型坡口间隙，在第一拼接厚板1拼接处的两侧和第二拼接厚板2拼接的两侧分别向相对侧开一段相互对接的单边坡口，使第一拼接厚板1拼接处的两侧和第二拼接厚板2的两侧形成相互对称的U型坡口间隙，两侧之间的U型坡口间隙的底部之间的距离为5mm～7mm，所述U型坡口间隙的底部过渡圆角半径(R)为4～6mm。
在本发明中，结合图1、图2、图3、图4和图5，在所述单边坡口正面检测第一焊接监控值，根据第一焊接监控值则进行翻转，然后进行单层第二道焊接，依次在所述单边坡口反面检测第二焊接监控值；在所述单边坡口依次沿长度方向和坡度方向进行检测第一焊接监控值和第二焊接监控值，所述第一焊接监控值和第二焊接监控值为焊接电流(为30A-500A)、电弧电压(为12V-45V)、保护气体流量(为10-25L/min)和焊层厚度中的一种或多种，沿U型或I型坡口间隙进行单层第一道焊接时；对待焊区进行多层多道焊或单层道焊焊接过程中，所检测到第一拼接厚板1与第二拼接厚板2的正面以及第一拼接厚板1与第二拼接厚板2的反面单边坡口焊接时最大电弧电压值或电流值，结合激光跟踪焊接枪15的跟踪、最大电弧电压值或电流值从而预估或分析计算出对已施焊层的厚度(焊缝道次的焊缝厚度为1mm-2mm)，以便综合判断窄间隙焊枪14是否接近U型或I型坡口间隙，并对单层或多层多道焊进行焊接路实时监测，对U型坡口间隙的焊接路径进行实施焊接完成后，保温10-15min后进行翻转第一拼接厚板1与第二拼接厚板2，在本发明中，所述窄间隙焊枪14的整体结构呈扁平状的焊枪，所述窄间隙焊枪14的最薄厚度为5mm-7mm；所述窄间隙焊枪14为氩气、氦气和二氧化碳气体中的一种或多种气体保护焊的焊枪；所述窄间隙焊枪14上下移动的速度为15mm/s～20mm/s，所述窄间隙焊枪14前后移动的速度为5mm/s～20mm/s，将窄间隙焊枪14伸入两块板所形成的U型或I型坡口间隙之间，利用扁平型氩气、氦气和二氧化碳中的一种或多种混合而形成的气体保护焊焊枪对坡口实施既定规划路径进行焊接，从而保障了拼接厚板的焊接质量，自动焊接设备通过二氧化碳实施对焊接工件的U型或I型坡口间隙(焊缝)进行焊接，自动程度高，焊缝成型均匀，有效提高了焊缝质量和焊缝的强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种拼接厚板高效焊接方法，其特征在于：使用窄间隙焊接装置对第一拼接厚板和第二拼接厚板进行焊接，所述窄间隙焊接装置包括转盘、纵向支撑架、横向摆臂和窄间隙焊枪调节滑架；所述纵向支撑架的竖直固定在转盘上，所述横向摆臂呈水平设置，横向摆臂的一侧通过滑动块安装在纵向支撑架，且横向摆臂的一侧通过滑动块上下滑动连接在所述纵向支撑架上，所述横向摆臂的另一侧设置所述窄间隙焊枪调节滑架，且该窄间隙焊枪调节滑架沿横向摆臂上往返滑动；所述窄间隙焊枪调节滑架内安装所述窄间隙焊枪，且在窄间隙焊枪调节滑架外倾斜设置有激光跟踪焊接枪，窄间隙焊枪和激光跟踪焊接枪之间的夹角为20°至30°，窄间隙焊枪和激光跟踪焊接枪采用错位方式安装；在横向摆臂上设置有滑轨，窄间隙焊枪调节滑架通过滑轨在横向摆臂上往返滑动，转盘驱动纵向支撑架转动时，带动横向摆臂摆动，并控制窄间隙焊枪和激光跟踪焊接枪进行移动，所述窄间隙焊枪的整体结构呈扁平状的焊枪，所述窄间隙焊枪的厚度为5mm-7mm；
在第一拼接厚板和第二拼接厚板的一侧或两侧上分别向相对侧开一段相互对接的单边坡口，在对接待焊时，使第一拼接厚板拼接的单边坡口与第二拼接厚板拼接的单边坡口之间形成U型或I型坡口间隙；其中，所述单边坡口的坡度为3°～5°，所述第一拼接厚板对接坡口的一侧与第二拼接厚板对接坡口的同一侧之间形成U型坡口间隙，所述U型坡口间隙的底部至厚板边缘的距离之间的距离为5mm～7mm，所述U型坡口间隙的底部过渡圆角半径为4～6mm；所述第一拼接厚板对接坡口的两侧与第二拼接厚板对接坡口的两侧之间形成相互对称的U型坡口间隙，两侧之间的U型坡口间隙的底部之间的距离为5mm～7mm，所述U型坡口间隙的底部过渡圆角半径为4～6mm；
将第一拼接厚板和第二拼接厚板固定在焊接工装夹具上，焊接前，分别对第一拼接厚板和第二拼接厚板的一段单边坡口表面进行打磨或清洗；
校正待拼接的第一拼接厚板和第二拼接厚板的U型或I型坡口间隙，使所述第一拼接厚板与第二拼接厚板之间形成11mm-13mm的U型或I型坡口间隙，并对第一拼接厚板进行定位；
采用激光跟踪焊接枪发出的激光光束对所述U型或I型坡口间隙坡口底部进行扫描打底焊接，使用窄间隙焊枪对所述第一拼接厚板和第二拼接厚板的正面且沿U型或I型坡口间隙进行单层第一道焊接；将所述第一拼接厚板和第二拼接厚板翻转并固定，使用窄间隙焊枪伸入U型或I型坡口间隙内且进行周期性移动，对所述第一拼接厚板的反面和第二拼接厚板的反面且沿U型或I型坡口间隙进行单层第二道焊接；其中，所述窄间隙焊枪上下移动的速度为15mm/s～20mm/s，所述窄间隙焊枪前后移动的速度为5mm/s～20mm/s；
单层第二道焊接结束后，再次依次翻转，并对第一拼接厚板与第二拼接厚板的正面以及第一拼接厚板与第二拼接厚板的反面重复焊接直至填满坡口；
沿U型或I型坡口间隙进行单层第一道焊接时，在所述单边坡口正面检测第一焊接监控值，根据第一焊接监控值则进行翻转，然后进行单层第二道焊接，依次在所述单边坡口反面检测第二焊接监控值；所述第一焊接监控值和第二焊接监控值为焊接电流、电弧电压、保护气体流量和焊层厚度中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种拼接厚板高效焊接方法，其特征在于：所述窄间隙焊枪为氩气、氦气或二氧化碳气中的一种气体保护焊枪。
3.根据权利要求1所述的一种拼接厚板高效焊接方法，其特征在于：在所述单边坡口依次沿长度方向和坡度方向进行检测第一焊接监控值和第二焊接监控值。
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