CN113146108B - 一种填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法及钢结构 - Google Patents

一种填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法及钢结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法及钢结构，涉及船舶和钢结构生产建造技术领域。包括以下步骤：S1、确定焊接参数范围内的最小热输入量；S2、根据最小热输入量对应的焊接参数来确定焊接工艺评定所能覆盖的待焊接件的最大板厚范围；S3、对处于最大板厚的范围的待焊接件进行填角焊；S4、对填角焊的填角焊缝进行试验，判断最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。该方法通过判断最小热输入量对应的焊接参数在最后填角焊缝接头是否具有良好的抗气孔性就可以验证其余焊接参数是否也具有良好的抗气孔性，能减少和避免船舶和钢结构生产建造过程中填角焊缝中的气孔缺陷，提高了填角焊缝的强度与气密性。

Description

一种填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法及钢结构
技术领域
本发明涉及船舶和钢结构生产建造技术领域，尤其涉及一种填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法。
背景技术
船舶和钢结构生产建造过程中存在大量填角焊缝焊接施工，组成填角焊缝的钢板表面为了防锈蚀需预先进行打砂、喷涂车间底漆等处理，一般该类车间底漆都有一定的可焊接性(即可减少焊接缺陷和焊接操作难度，例如可以减少车间底漆由于焊接电弧烧损产生的气体遗留在焊缝中形成气孔缺陷)，这样就减少了焊接前对待焊位置的打磨时间，可以提高填角焊缝的焊接效率。带底漆焊接的填角焊缝为了提高焊接效率和稳定焊接质量，常采用药芯焊丝CO2气体保护自动焊进行焊接。可焊接车间底漆虽然都具有一定的抗气孔性，但该抗气孔性只在一定范围内有良好效果，不能满足所有情况，特别当焊接热输入量偏小时，焊接接头冷却速度较快，焊接过程中因底漆被电弧烧损产生的气体无法及时从焊缝中溢出，易导致在焊缝中产生从焊缝根部贯穿至焊缝表面的针状气孔。
根据船级社和钢结构的相关规范要求，自动填角焊缝焊接工艺评定焊接参数范围是在焊接工艺评定试验参数的基础上确定的，虽然工艺评定试验焊接的焊缝可以通过破断试验来判断抗气孔性，但焊接工艺评定焊接参数范围内的焊接参数无法一一进行破断试验，所以无法完全判断焊接工艺评定焊接参数范围内的焊接参数是否均有良好的抗气孔性；生产中填角焊缝常采用自动焊进行焊接，由于其具有焊接效率高和焊接过程稳定等特点，但在焊接参数范围内选用较小热输入量对选用的焊接参数焊接时就可能会导致大量焊缝存在气孔缺陷，降低了焊缝强度并会引起气密性较差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法及钢结构，能够判断带车间底漆焊接的自动填角焊缝工艺评定焊接参数范围是否具有良好的抗气孔性，能够减少和避免填角焊缝中的气孔缺陷，提高了填角焊缝的强度与气密性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，包括以下步骤：
S1、确定焊接参数范围内的最小热输入量；
S2、根据所述最小热输入量对应的焊接参数来确定焊接工艺评定所能覆盖的待焊接件的最大板厚范围；
S3、对处于所述最大板厚的范围的所述待焊接件进行填角焊；
S4、对所述填角焊的填角焊缝进行试验，判断所述最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
可选地，步骤S1具体包括：根据焊接工艺评定实际焊接参数，并确定所述焊接参数覆盖范围，根据所述焊接参数覆盖范围确定所述焊接参数范围内的所述最小热输入量。
可选地，步骤S1具体包括：根据焊接工艺评定实际焊接参数，并确定所述焊接参数覆盖范围，选择所述焊接参数范围内的最小的焊接电流、最小电弧电压和最大的焊接速度，根据所述最小的焊接电流、所述最小电弧电压和所述最大的焊接速度计算所述焊接参数范围内的所述最小热输入量。
可选地，步骤S1中，根据公式热输入量＝(焊接电流×焊接电压×60)/焊接速度，计算得出所述最小热输入量。
可选地，步骤S4具体包括：对所述填角焊的填角焊缝进行目视检查、磁粉检测和破断试验，判断所述最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
可选地，步骤S4具体还包括：对所述填角焊的填角焊缝进行目视检查、磁粉检测和破断试验，并检查所述填角焊缝中气孔的数量和尺寸，并根据标准判断所述最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
可选地，所述标准为ISO5817标准中的焊接缺陷质量B等级。
可选地，所述待焊接件为T型，包括垂直连接的横板和竖板，所述填角焊缝位于所述横板和所述竖板垂直连接的位置处。
可选地，所述横板和所述竖板均为钢板。
一种钢结构，采用上述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法对自动填角焊的焊缝的抗气孔性进行验证。
本发明的有益效果：本发明提供的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，首先确定焊接参数范围内的最小热输入量；然后根据最小热输入量对应的焊接参数来确定焊接工艺评定所能覆盖的待焊接件的最大板厚范围；接下来对处于最大板厚的范围的待焊接件进行填角焊；最后对填角焊的填角焊缝进行试验，判断最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。由于填角焊缝中气孔数量的多少与焊接热输入量呈反比例关系，当采用最小热输入量对应的焊接参数焊接时，焊接接头冷却速度最快，最容易使焊缝中的气体无法及时溢出，导致焊缝中产生大量的气孔缺陷。同时接头的冷却速度又与填角焊缝的板厚呈正比例关系，相同热输入量情况下，板厚越厚接头冷却速度越快；所以只需判断最小热输入量对应的焊接参数在最厚填角焊缝接头处是否具有良好的抗气孔性就可以验证其余焊接参数是否也具有良好的抗气孔性，能减少和避免船舶和钢结构生产建造过程中填角焊缝中的气孔缺陷，提高了填角焊缝的强度与气密性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的自动填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法的主要步骤流程图；
图2是本发明实施例提供的自动填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法的详细步骤流程图；
图3是本发明实施例提供的待焊接件的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的待焊接件进行破断试验的结构示意图。
图中：
10-压断设备；
1-待焊接件；11-横板；12-竖板；
2-填角焊缝。
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。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图3所示，该填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，主要包括以下步骤：
S1、确定焊接参数范围内的最小热输入量；
S2、根据最小热输入量对应的焊接参数来确定焊接工艺评定所能覆盖的待焊接件1的最大板厚范围；
S3、对处于最大板厚的范围的待焊接件1进行填角焊；
S4、对填角焊的填角焊缝2进行试验，判断最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
可以理解的是，由于填角焊缝2中气孔数量的多少与焊接热输入量呈反比例关系，当采用最小热输入量对应的焊接参数焊接时，焊接接头冷却速度最快，最容易使焊缝中的气体无法及时溢出，导致焊缝中产生大量的气孔缺陷。同时接头的冷却速度又与填角焊缝2的板厚呈正比例关系，相同热输入量的情况下，板厚越厚接头冷却速度越快；所以只需判断最小热输入量对应的焊接参数在最厚填角焊缝接头处是否具有良好的抗气孔性就可以验证其余焊接参数是否也具有良好的抗气孔性，能减少和避免船舶和钢结构生产建造过程中填角焊缝中的气孔缺陷，提高了填角焊缝2的强度与气密性。
如图2所示为该填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法的详细步骤流程图，具体包括以下步骤：
S1、根据焊接工艺评定实际焊接参数，并确定焊接参数覆盖范围，根据焊接参数覆盖范围确定焊接参数范围内的最小热输入量。
具体地，焊接参数包括焊接电流I(单位：A)；电弧电压U(单位：V)；焊接速度v(单位：mm/min)；焊接热输入量K(单位：KJ/mm)；板厚T(单位：mm)。确定的焊接参数覆盖范围如下：焊接电流的覆盖范围为±a％；电弧电压的覆盖范围为±b％；焊接速度的覆盖范围为±c％；焊接热输入量的覆盖范围为±d％。至于上述的I、U、v、K、T、a、b、c和d的具体数值，可根据不同的标准、规范或要求适应性选取，在此不做限定。本实施例中，上述各个焊接参数的范围为AWS D1.1《钢结构焊接规范》和船级社规范的规定。在其他实施中，可根据不同的船型以及使用环境参考其他规范。
本实施例中，各个焊接参数覆盖范围如下：焊接电流范围为(1-a％)I～(1+a％)I；电弧电压范围为(1-b％)U～(1+b％)U；焊接速度范围为：(1-c％)v～(1+c％)v；热输入量范围为：(1-d％)K～(1+d％)K。
可选地，步骤S1具体包括：根据焊接工艺评定实际焊接参数，并确定焊接参数覆盖范围，选择焊接参数范围内的最小的焊接电流、最小电弧电压和最大的焊接速度，根据最小的焊接电流、最小电弧电压和最大的焊接速度计算焊接参数范围内的最小热输入量。具体地，根据公式热输入量＝(焊接电流×焊接电压×60)/焊接速度，计算得出最小热输入量。本实施例中，焊接工艺评定焊接参数范围内的最小的焊接电流为(1-a％)I，最小的电弧电压为(1-b％)U，最大的焊接速度为(1+c％)v，因此通过上述公式即可算出最小的焊接热输入量为(1-d％)K。在其他实施例中，上述参数的数值的不同将得到不同的最小焊接热输入量。
S2、根据最小热输入量对应的焊接参数来确定焊接工艺评定所能覆盖的待焊接件1的最大板厚范围。
本实施例中，焊接工艺评定所能覆盖的待焊接件1的最大板厚范围为0.5T～2.0T，即最大板厚为2.0T。至于T的具体数值，可根据不同的规范适应性选取，在此不做限定。
S3、对处于最大板厚的范围的待焊接件1进行填角焊。
具体地，待焊接件1为T型，包括垂直连接的横板11和竖板12，填角焊缝2位于横板11和竖板12垂直连接的位置处。本实施例中，横板11和竖板12均为钢板。横板11的宽度大于等于150mm，竖板12的宽度大于等于150mm，且横板11和竖板12的厚度均为2.0T。通过填角焊缝2能够保证横板11和竖板12之间的连接可靠。至于填角焊在横板11和竖板12之间的具体焊接过程及方法均已为现有技术，在此不再进行赘述。在其他实施例中，上述横板11和竖板12之间的尺寸可根据实际情况适应性调整。
S4、对填角焊的填角焊缝2进行目视检查、磁粉检测和破断试验，判断最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
可选地，步骤S4具体还包括：对填角焊的填角焊缝2进行目视检查、磁粉检测和破断试验，并检查填角焊缝2中气孔的数量和尺寸，并根据标准判断最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。本实施例中，标准为ISO5817标准中的焊接缺陷质量B等级。可以理解的是，通过目视检查、磁粉检测和破断试验能够保证试验结果准确。如图4所示为待焊接件1进行破断试验的结构示意图，将焊接好的待焊接件1倾斜放置，压断设备10从上方压住横板11并向下用力以对待焊接件1进行破断试验。至于压断设备10的具体结构及原理以及目视检查和磁粉检测的具体过程及原理均已为现有技术，在此不再进行赘述。同时填角焊缝2中气孔的数量和尺寸可根据不同的规范要求有不同的标准，在此不做限定。在其他实施例中，可根据其他标准判断最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
本实施例中还提供了一种钢结构，采用上述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法对自动填角焊的焊缝的抗气孔性进行验证，即使用自动填角焊缝焊接工艺评定最小热输入量(1-d％)K对应的焊接参数(即最小焊接电流(1-a％)I，最小电弧电压(1-b％)U，最大焊接速度(1+c％)v)焊接工艺评定所能覆盖的最大板厚2.0T钢板组成的角焊缝，最后对填角焊缝2进行目视检查、磁粉检测和破断试验，通过检查焊缝中气孔的数量和尺寸，并对比ISO5817标准中的焊接缺陷质量B等级，判断最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性，从而验证其焊缝参数范围内其余焊接的抗气孔性。通过一次试验就可以验证带车间底漆的自动填角焊焊接工艺参数的适用性，有利于优化和完善焊接工艺评定中焊接参数的覆盖范围，更好地指导现场焊接施工；同时可以有效降低焊接工艺评定焊接参数范围对带车间底漆焊接的敏感性，有效减少了自动填角焊缝中的气孔缺陷，提高了焊缝的强度与气密性，保证了钢结构的建造质量。
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)

1.一种填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定焊接参数范围内的最小热输入量；
S2、根据所述最小热输入量对应的焊接参数来确定焊接工艺评定所能覆盖的待焊接件(1)的最大板厚范围；
S3、对处于所述最大板厚的范围的所述待焊接件(1)进行填角焊；
S4、对所述填角焊的填角焊缝(2)进行试验，判断所述最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
2.根据权利要求1所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，步骤S1具体包括：根据焊接工艺评定实际焊接参数，并确定所述焊接参数覆盖范围，根据所述焊接参数覆盖范围确定所述焊接参数范围内的所述最小热输入量。
3.根据权利要求2所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，步骤S1具体包括：根据焊接工艺评定实际焊接参数，并确定所述焊接参数覆盖范围，选择所述焊接参数范围内的最小的焊接电流、最小电弧电压和最大的焊接速度，根据所述最小的焊接电流、所述最小电弧电压和所述最大的焊接速度计算所述焊接参数范围内的所述最小热输入量。
4.根据权利要求3所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，步骤S1中，根据公式热输入量＝(焊接电流×焊接电压×60)/焊接速度，计算得出所述最小热输入量。
5.根据权利要求1所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，步骤S4具体包括：对所述填角焊的填角焊缝(2)进行目视检查、磁粉检测和破断试验，判断所述最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
6.根据权利要求5所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，步骤S4具体还包括：对所述填角焊的填角焊缝(2)进行目视检查、磁粉检测和破断试验，并检查所述填角焊缝(2)中气孔的数量和尺寸，并根据标准判断所述最小热输入量对应焊接参数的抗气孔性。
7.根据权利要求6所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，所述标准为ISO5817标准中的焊接缺陷质量B等级。
8.根据权利要求1所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，所述待焊接件(1)为T型，包括垂直连接的横板(11)和竖板(12)，所述填角焊缝(2)位于所述横板(11)和所述竖板(12)垂直连接的位置处。
9.根据权利要求8所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法，其特征在于，所述横板(11)和所述竖板(12)均为钢板。
10.一种钢结构，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的填角焊缝工艺评定的焊接参数的验证方法对自动填角焊的焊缝的抗气孔性进行验证。
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