CN114589384B - 一种关于v形坡口多层埋弧焊脱渣性能的预控方法 - Google Patents

Abstract

一种关于V形坡口多层埋弧焊脱渣性能的预控方法：根据公式分别计算堆焊预焊缝宽度W_堆及堆焊预焊缝余高截面积S_堆；分别计算要焊坡口根部焊缝宽度W₁及填充焊时的焊缝宽度W₂；依公式：当W₁≥0.8 W_堆1至≤W_堆1、W₂为≥0.8 W_堆2至≤W_堆2、W₁＞W_堆1、W₂＞W_堆2进行判别；按照上述方式所选择的焊接线能量及V形坡口尺寸，进行坡口的加工及实际焊接。本发明通过大量试验研究表明，本发明可按照所满足判别条件时所选择的V形坡口尺寸进行加工并焊接，其不仅无需试验焊接，且还能使焊渣自动清除掉焊渣量的95%以上，脱渣性能良好，也显著降低人工清理的强度。

Description

一种关于V形坡口多层埋弧焊脱渣性能的预控方法

技术领域

本发明涉及一种埋弧焊焊接方法，具体涉及一种关于V形坡口多层埋弧焊脱渣性能的预控方法。

背景技术

埋弧焊由于易于为焊接自动化，且效率高，没有电弧光污染，所以在大型构件焊制中深受青睐。

但是，埋弧焊在实际焊接过程中，焊剂在电弧作用下熔化，与熔池进行冶金反应，冷却后焊缝表面将形成熔壳或焊渣。焊渣是需要去除的。在焊剂合适的情况下，对于单层焊去渣并不难，但对于多层焊，无论是对单道焊还是多道焊，有的焊渣焊后可以轻易去掉甚至自动翘起，但有的却要动用铲子才能去除，导致劳动强度大，交货效率低。尤其是当采用窄坡口和较大的焊接线能量时，更严重影响焊接效率和质量。

在业界，人们为了解决上述存在的不足，即为提高焊接效率，目前都倾向于使用窄坡口和较大的焊接线能量。如经检索的：

2013年11月刊登于《机械工程材料》上的名称为《焊接线能量对X100管线钢用烧结焊剂脱渣性的影响》的文献，其公开了采用专用焊丝和自行研制的氟碱型烧结焊剂，在不同的焊接线能量下对X100管线钢进行双丝双面埋弧焊接，对焊剂的脱渣性及焊后熔渣的物相进行了分析，但其未涉及多层焊内容。

2008年4月刊登于《焊接技术》上的名称为《窄间隙深坡口埋弧焊热脱渣技术》，其公开了用埋弧焊焊接窄间隙、深坡口接头时,焊接熔渣的热脱渣技术，即利用熔渣由液态向固态转变时,其间存在半固态(塑性状态)的特点,其还需要用专用工具及人员将其清除，并且还需要掌握好开始脱渣的时间，因为脱渣如果过早,则熔渣还未呈塑性状态,脱渣效果不好。如果过晚,则熔渣完全凝固成渣壳,使脱渣无法进行。

为了解决这一问题，本发明通过焊接试验，发现脱渣性除了与焊剂性能有关外，还与焊接工艺有很大关系。因此开发了一种易脱渣多层埋弧焊工艺，效果良好。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种首先对选择的V形坡口尺寸及线能量，经一些列的公式计算，直至满足判别条件，即可按照所满足判别条件时所选择的V形坡口及线能量进行焊接，其不仅无需试验焊接，且还能使95％以上焊渣易于清除，显著降低人工清理强度的V形坡口多层埋弧焊脱渣性能的预控方法。

实现上述目的的措施：

一种关于V形坡口多层埋弧焊脱渣性能的预控方法，其特征在于：步骤如下：

1)根据以下公式分别计算堆焊预焊缝宽度W_堆及堆焊预焊缝余高截面积S_堆

W_堆＝14+0.16E_堆

及S_堆＝10+1.1E_堆

式中：W_堆—表示堆焊预焊缝宽度，单位：mm；

E_堆—表示预焊线能量，其取值范围在15～100kJ/cm；

S_堆—表示堆焊预焊缝余高截面积，单位：mm²；

2)根据V形坡口形状，分别计算要焊坡口根部焊缝宽度W₁及填充焊时的焊缝宽度W₂：

A)首先在15～100kJ/cm内选择要焊坡口根部焊缝线能量，并以此作为预焊线能量E_堆1，

计算与E_堆1对应的堆焊预焊缝宽度W_堆1及堆焊预焊缝余高截面积S_堆1：

首先根据1)中公式W_堆＝14+0.16E_堆计算堆焊预焊缝宽度W_堆1；

根据公式S_堆＝10+1.1E_堆计算堆焊预焊缝余高截面积S_堆1；

说明：计算时W_堆1替代W_堆，S_堆1替代S_堆，E_堆1替代E_堆

B)采用以下公式计算W₁：

W₁＝2*(tgа*S₁)^1/2

计算时，取S₁＝S_堆1；

式中：W₁—表示要焊根部焊缝宽度，单位：mm；

а—表示要焊的坡口角度，单位为゜；

S₁—表示要焊根部焊缝余高截面积，单位：mm²；

C)在15～100kJ/cm内另选要焊坡口填充焊的线能量，并以此作为预焊线能量E_堆2，计算与E_堆2对应的堆焊预焊缝宽度W_堆2及堆焊预焊缝余高截面积S_堆2：

根据公式W_堆＝14+0.16E_堆计算堆焊预焊焊缝宽度W_堆2；

根据公式S_堆＝10+1.1E_堆计算堆焊预焊缝余高截面积S_堆2；

说明：计算时W_堆2替代W_堆，S_堆2替代S_堆，E_堆2替代E_堆；

D)采用以下公式计算W₂：

W₂＝(W₁ ²+4tgа*S₂)^1/2；

计算时，取S₂＝S_堆2；

W₂—表示要焊填充焊时的焊缝宽度，单位：mm；

а—表示要焊坡口角度，单位为゜；

S₂—表示要焊坡口填充焊缝余高截面积，单位：mm²；

3)采用下述方法对根部焊缝及填充焊缝分别按照以下公式进行脱渣性能的判断：

当W₁≥0.8W_堆1至≤W_堆1、W₂为≥0.8W_堆2至≤W_堆2时，说明焊渣脱掉量分别不低于95％，有少量焊渣存在，结果为良好；

当W₁＞W_堆1、W₂＞W_堆2时，说明焊渣全部脱掉，结果为优良；

4)按照上述满足步骤3)所选择的焊接线能量及V形坡口尺寸进行坡口加工及实际焊接。

其在于：当所选择的条件不能满足判别条件时，重新选择条件进行计算，直至至少满足良好脱渣性能的条件为止。

说明：上述方法方法也适用于焊接坡口为X形的。其原理也适用于U型等其它形式的坡口，但需推导与之对应的上述步骤2)的坡口焊缝宽度计算公式。

本发明中主要工艺的作用及机理：业界经过对埋弧焊焊剂不断优化改进，堆焊时具有优良的脱渣性能，即堆焊后渣壳能自动脱落；同时也是因为堆焊时焊缝表面熔渣处于无拘束自由状态，借助渣壳与焊缝金属冷缩量之差，渣壳就可以脱落。但在工艺不当的坡口焊接时，焊缝表面熔渣则会受到坡口的拘束，无法形成有效的渣壳与焊缝金属冷缩量之差，脱渣性能就受到影响。

本发明之所以对焊接工艺进行预控，就是为了设计合适的坡口焊接工艺，使坡口焊缝焊渣至少一侧处于无拘束自由状态，从而保障渣壳与焊缝金属冷缩量的不同，从而达到易于脱渣的目的。具体做法是，针对一组预设焊接线能量及坡口，分别计算堆焊焊缝宽度及坡口焊缝宽度，并将两者进行比较，判断坡口焊缝的脱渣性能，从而对脱渣性能实现预控。

本发明与现有技术相比，通过大量试验研究表明，本发明可按照所满足判别条件时所选择的V形坡口尺寸进行加工并焊接，其不仅无需试验焊接，且还能使焊渣自动清除掉焊渣量的95％以上，脱渣性能良好，也显著降低人工清理的强度。

附图说明

图1为本发明V型坡口的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例所选择的E_堆、经计算后的S_堆及W_堆值列表；

表2本发明各实施例及对比例根焊及填充焊缝宽度、截面面积、脱渣性判断等数据列表。

本发明各实施例按照如下步骤生产：

1)根据以下公式分别计算堆焊预焊缝宽度W_堆及堆焊预焊缝余高截面积S_堆

W_堆＝14+0.16E_堆

及S_堆＝10+1.1E_堆

式中：W_堆—表示堆焊预焊缝宽度，单位：mm；

E_堆—表示预焊线能量，其取值范围在15～100kJ/cm；

S_堆—表示堆焊预焊缝余高截面积，单位：mm²；

2)根据V形坡口形状，分别计算要焊坡口根部焊缝宽度W₁及填充焊时的焊缝宽度W₂：

A)首先在15～100kJ/cm内选择要焊坡口根部焊缝线能量，并以此作为预焊线能量E_堆1，

计算与E_堆1对应的堆焊预焊缝宽度W_堆1及堆焊预焊缝余高截面积S_堆1：

首先根据1)中公式W_堆＝14+0.16E_堆计算堆焊预焊缝宽度W_堆1；

根据公式S_堆＝10+1.1E_堆计算堆焊预焊缝余高截面积S_堆1；

说明：计算时W_堆1替代W_堆，S_堆1替代S_堆，E_堆1替代E_堆

B)采用以下公式计算W₁：

W₁＝2*(tgа*S₁)^1/2

计算时，取S₁＝S_堆1；

式中：W₁—表示要焊根部焊缝宽度，单位：mm；

а—表示要焊的坡口角度，单位为゜；

S₁—表示要焊根部焊缝余高截面积，单位：mm²；

C)在15～100kJ/cm内另选要焊坡口填充焊的线能量，并以此作为预焊线能量E_堆2，计算与E_堆2对应的堆焊预焊缝宽度W_堆2及堆焊预焊缝余高截面积S_堆2：

根据公式W_堆＝14+0.16E_堆计算堆焊预焊焊缝宽度W_堆2；

根据公式S_堆＝10+1.1E_堆计算堆焊预焊缝余高截面积S_堆2；

说明：计算时W_堆2替代W_堆，S_堆2替代S_堆，E_堆2替代E_堆；

D)采用以下公式计算W₂：

W₂＝(W₁ ²+4tgа*S₂)^1/2；

计算时，取S₂＝S_堆2；

W₂—表示要焊填充焊时的焊缝宽度，单位：mm；

а—表示要焊坡口角度，单位为゜；

S₂—表示要焊坡口填充焊缝余高截面积，单位：mm²；

3)采用下述方法对根部焊缝及填充焊缝分别按照以下公式进行脱渣性能的判断：

当W₁≥0.8W_堆1至≤W_堆1、W₂为≥0.8W_堆2至≤W_堆2时，说明焊渣脱掉量分别不低于95％，有少量焊渣存在；

当W₁＞W_堆1、W₂＞W_堆2时，说明焊渣全部脱掉；

4)按照上述满足步骤3)所选择的焊接线能量及V形坡口尺寸进行坡口加工及实际焊接。

表1本发明各实施例及对比例所选择的E_堆、经计算后的S_堆及W_堆值列表

说明：表中S_堆是经公式S_堆＝10+1.1E_堆计算所得；W_堆是经公式W_堆＝14+0.16E_堆计算所得。当用于根部焊缝宽度计算时，E_堆、S_堆及W_堆分别代表E_堆1、S_堆1/S₁及W_堆1；当用于填充焊缝宽度计算时，E_堆、S_堆及W_堆分别代表E_堆2、S_堆2/S₂及W_堆2。

表2 本发明各实施例及对比例根焊及填充焊缝宽度、截面面积、脱渣性判断等数据列表

说明：表2中W₁、W₂的数据是根据各自对应的公式：W₁＝2*(tgа*S₁)^1/2、W₂＝(W₁ ²+4tgа*S₂)^1/2计算而得。脱渣性判断根据W₁≥0.8W_堆1至≤W_堆1、W₂为≥0.8W_堆2至≤W_堆2或W₁＞W_堆1、W₂＞W_堆2判断的结果。

从表2可以看出:

实施例1计算的要焊根缝宽度W₁与堆焊预缝宽度W_堆1相同，满足W₁＞W_堆1，脱渣性判断为优良；计算的要焊填充焊缝宽度W₂大于堆焊预缝宽度W_堆2，满足W₂＞W_堆2，脱渣性判断为优良。实际上也是如此，根焊及填充焊渣壳能自动翘起，夹移或扫除即可，焊缝表面无焊渣残留，即100％焊渣轻易脱掉。

实施例2及3计算的要焊根缝宽度W₁与堆焊预焊缝宽度W_堆1之比分别为0.95及0.94，满足W₁≥0.8W_堆1至≤W_堆1，脱渣性判断为良好；实际上也是如此，根缝焊后焊渣不能自动翘起，但经轻敲焊渣，其96％可去除。计算的要焊填充焊缝宽度W₂大于或等于堆焊预缝宽度W_堆2，满足W₂＞W_堆2，脱渣性判断为优良；实际上也是如此，填充缝焊后渣壳能自动翘起，夹移或扫除即可，焊缝表面无焊渣残留，即100％焊渣轻易脱掉。

实施例4、5及6通过计算判断的脱渣性与实际焊接试验脱渣性能都符合本技术所述原理。实施例1～6计算判断的脱渣性优良或良好，实际焊接脱渣性也为优良或良好。

对比例1计算的要焊根缝宽度W₁与堆焊预焊缝宽度W_堆1之比为0.56，不满足W₁>W_堆1及W_堆1≥W₁≥0.8W_堆1，脱渣性判断为差；实际上也是如此，需要用小钢钎用力铲击，且焊渣破碎，费劲费时，且焊缝表面容易残留焊渣。计算的要焊填充缝宽度W₂与堆焊预焊缝宽度W_堆2之比为0.77，不满足W₂>W_堆2及W_堆2≥W₂≥0.8W_堆2，脱渣性判断为差；实际上也是如此，需要用小钢钎用力铲击，且焊渣破碎，费劲费时，且焊缝表面容易残留焊渣。此种情况则需要重新进行焊接参数的设计、计算和脱渣性判断。

对比例2计算的要焊根缝宽度W₁与堆焊预焊缝宽度W_堆1之比为0.73，不满足W₁>W_堆1及W_堆1≥W₁≥0.8W_堆1，脱渣性判断为差；实际上也是如此，需要用小钢钎用力铲击，且焊渣破碎，费劲费时，且焊缝表面容易残留焊渣。计算的要焊填充缝宽度W₂与堆焊预焊缝宽度W_堆2之比为0.9，满足W_堆2≥W₂≥0.8W_堆2，脱渣性判断为良好；实际上也是如此，填充缝焊后焊渣不能自动翘起，但经轻敲焊渣，其95％可去除。此种例因根焊脱渣性差，也需要重新进行焊接参数的设计、计算和脱渣性判断。

实施例表明，本技术对于多层埋弧焊脱渣性能的计算判断是可行的。

具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (2)

1.一种关于V形坡口多层埋弧焊脱渣性能的预控方法，其特征在于：步骤如下：

1)根据以下公式分别计算堆焊预焊缝宽度W_堆及堆焊预焊缝余高截面积S_堆

W_堆＝14+0.16E_堆

及S_堆＝10+1.1E_堆

式中：W_堆—表示堆焊预焊缝宽度，单位：mm；

E_堆—表示预焊线能量，其取值范围在15～100kJ/cm；

S_堆—表示堆焊预焊缝余高截面积，单位：mm²；

2)根据V形坡口形状，分别计算要焊坡口根部焊缝宽度W₁及填充焊时的焊缝宽度W₂：

A)首先在15～100kJ/cm内选择要焊坡口根部焊缝线能量，并以此作为预焊线能量E_堆1，计算与E_堆1对应的堆焊预焊缝宽度W_堆1及堆焊预焊缝余高截面积S_堆1：

首先根据1)中公式W_堆＝14+0.16E_堆计算堆焊预焊缝宽度W_堆1；

根据公式S_堆＝10+1.1E_堆计算堆焊预焊缝余高截面积S_堆1；

在计算时，用：W_堆1替代W_堆，S_堆1替代S_堆，E_堆1替代E_堆；

B)采用以下公式计算W₁：

W₁＝2*(tgа*S₁)^1/2

计算时，取S₁＝S_堆1；

式中：W₁—表示要焊根部焊缝宽度，单位：mm；

а—表示要焊的坡口角度，单位为゜；

S₁—表示要焊根部焊缝余高截面积，单位：mm²；

C)在15～100kJ/cm内另选要焊坡口填充焊的线能量，并以此作为预焊线能量E_堆2，计算与E_堆2对应的堆焊预焊缝宽度W_堆2及堆焊预焊缝余高截面积S_堆2：

根据公式W_堆＝14+0.16E_堆计算堆焊预焊焊缝宽度W_堆2；

根据公式S_堆＝10+1.1E_堆计算堆焊预焊缝余高截面积S_堆2；

说明：计算时W_堆2替代W_堆，S_堆2替代S_堆，E_堆2替代E_堆；

D)采用以下公式计算W₂：

W₂＝(W₁ ²+4tgа*S₂)^1/2；

计算时，取S₂＝S_堆2；

W₂—表示要焊填充焊时的焊缝宽度，单位：mm；

а—表示要焊坡口角度，单位为゜；

S₂—表示要焊坡口填充焊缝余高截面积，单位：mm²；

3)采用下述方法对根部焊缝及填充焊缝分别按照以下公式进行脱渣性能的判断：

当0.8W_堆1≤W₁≤W_堆1、0.8W_堆2≤W₂≤W_堆2时，说明焊渣脱掉量分别不低于95％，

有少量焊渣存在，结果为良好；

当W₁＞W_堆1、W₂＞W_堆2时，说明焊渣全部脱掉，结果为优良；

4)按照上述满足步骤3)所选择的焊接线能量及V形坡口尺寸进行坡口加工及实际焊接。

2.如权利要求1所述的一种关于V形坡口多层埋弧焊脱渣性能的预控方法，其特征在于：当所选择的条件不能满足权利要求1中步骤3)的判别条件时，重新选择条件进行计算，直至至少满足良好脱渣性能的条件为止。

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