CN114749763A - 一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法 - Google Patents

一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及焊接工艺，尤其涉及一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法。当厚度在100mm以下时选择U型坡口，当厚度在100～200mm时选择双面U型坡口；选择直径为0.8～1.6mm实芯或药芯气保焊丝；进行焊接组对，若选择U型坡口，底部钝边尺寸为1～2mm，底部直径为7～9mm，顶部间隙为8～10mm，为单层单道焊接；底部直径为9～12mm，顶部间隙为12～20mm，为单层双道焊接；坡口组队之后在焊道起终两个位置连接与坡口形状一致的引弧板；选取适合的焊接工艺参数；使用激光跟踪系统，对焊丝位置进行监控，若出现异常，反馈到焊枪控制系统，进行自适应性调节；双面焊接时，焊接1～4道次时翻面焊接或者采用双机器人焊接系统实现双面同时焊接；最后三道或四道焊接时，增加外置气体保护罩进行焊接。

Description

一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接工艺，尤其涉及一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法。
背景技术
随着深海油气生产平台等重大技术装备的研发，板材厚度与板材强度也在不断提升，而作为最主要的连接方式的焊接，也面临越来越严苛的挑战，与此同时，焊接质量、焊接成本、焊接效率之间的矛盾日益显现。
自升式钻井平台是实施近海(水深200m以内)海洋油气勘探的主流海洋工程装备”。平台要做到“站得住、升得超、拔得出”，桩腿是关键，其结构设计与生产制造将直接影响到平台的作业安全和使用效果。齿条、半弦管作为桩腿的核心承载部件，除承受平台自身重量外，还要经受风浪、海流、流冰、海洋地震等恶劣海况所带来的侵蚀和破坏。
目前，在海洋平台领域基本以手工焊接为主，焊前预热、多层多道焊、中间清根、焊后热处理，生产工序多，焊接效率低，制造周期长，产品质量的稳定性难以得到保证，而且工人劳动强度大，生产环境恶劣，当前的生产现状严重制约了平台的交付时间和企业的市场竞争力。以齿条钢与齿条钢、齿条板与半弦管焊接为例，其焊接工作量巨大，工人劳动在高强度工作下很难保证焊接质量的稳定性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法。提高了焊接质量，焊接接头应力得到有效控制，产品稳定性得到很好地控制，工人工作强度与要求降低，焊接效率大幅提高，焊接成本大幅降低。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法，适用于不同厚度海工用钢窄间隙焊接，具体包含如下步骤：
1)针对不同厚度的海工用钢结构设计不同形式的坡口，当厚度在100mm以下时选择U型坡口，当厚度在100～200mm时选择双面U型坡口。
2)根据钢板的强度级别和冲击性能等特殊特性，选择匹配的直径为0.8～1.6mm实芯或药芯气保焊丝。
3)焊前采用打磨、煤气加热等方式去除钢板表面的铁锈、油污、水分等杂质，以保证焊接质量。
4)进行焊接组对，若选择U型坡口，底部钝边尺寸为1～2mm，底部直径为7～9mm，顶部间隙为8～10mm，为单层单道焊接；底部直径为9～12mm，顶部间隙为12～20mm，为单层双道焊接。
若选择双面U型坡口，将底部并在一起，底部钝边尺寸为1～3mm，底部直径为7～9mm，顶部间隙为8～10mm，为单层单道焊接；底部直径为9～12mm，顶部间隙为12～20mm，为单层双道焊接。
5)在坡口组对之后需在焊道起终两个位置连接与坡口形状一致的引弧板，避免在实际焊接区域形成气孔等缺陷。
6)选用以下几种保护气体，如80％氩气与20％二氧化碳的混合气体、90％氩气与10％二氧化碳气体的混合气体；
7)根据板材强度级别决定是否进行焊前预热与焊后热处理；
8)选取适合的焊接工艺参数(电流、电压、焊接速度)和摆动参数(摆动角度、侧壁停留时间)，线能量不超过20KJ，单层单道焊接时，焊接电流为100～240A，电压为18～30V，焊接速度为150～350mm/min，伴随摆动，摆动角度范围为0～180°，侧壁停留时间为0～0.8s；单层双道焊接时，单数焊道焊丝角度指向坡口下方，双数焊道焊丝指向坡口上方，保证焊接质量，避免出现未熔合现象。
9)控制焊接过程中的层间温度，不超过200℃。
10)焊接过程中，因坡口加工精度影响，使用激光跟踪系统，对焊丝位置进行监控，若出现异常，反馈到焊枪控制系统，进行自适应性调节，加大摆动角度或者停留时间。
11)在双面焊接时，需焊接1～4道次时翻面焊接或者采用双机器设备协同焊接系统实现双面同时焊接，避免因应力集中，造成焊缝处存在裂纹。
12)在最后三道或四道焊接时，需增加外置气体保护罩进行焊接，以保证无气孔等焊接缺陷的产生。
13)焊接完成后进行探伤检测与组织力学性能检验。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
1、本发明针对不同厚度的海工用钢结构设计不同形式的坡口，当厚度在100mm以下时选择U型坡口，当厚度在100～200mm时选择双面U型坡口；满足不同环境下的焊接需求，且坡口参数可被扫描记录，写入程序，便于实现机器人焊接，进而使得工人工作强度与要求降低，焊接效率大幅提高，焊接成本大幅降低。
2、本发明使用激光跟踪系统，对焊丝位置进行监控，若出现异常，反馈到焊枪控制系统，进行自适应性调节，加大摆动角度或者停留时间，实时调节以保证坡口变化时焊缝成形一致性，焊接可靠性高，焊接质量高。
3、本发明采用横向窄间隙焊接，单层单道焊接顶部间隙为8～10mm，单层双道焊接顶部间隙为12～20mm，坡口窄小，可实现单层单道焊接，避免道次过多造成的应力集中，产生裂纹倾向性减小，使得焊接接头应力得到有效控制。
4、本发明在双面焊接时焊接1～4道次时翻面焊接或者采用双机器设备协同焊接系统实现双面同时焊接，避免因应力集中，造成焊缝处存在裂纹。
5、本发明单层双道焊接时，单数焊道焊丝角度指向坡口下方，双数焊道焊丝指向坡口上方，保证焊接质量，避免出现未熔合现象。
6、本发明使用与坡口形状一致的引弧板，避免在实际焊接区域形成气孔等缺陷，保证整体结构的完整性，减少焊后修复成本。
7、本发明通过改变焊接电流、焊接速度控制填充层高，改变侧壁摆动角度、摆动速度配合停留时间控制侧壁成型情况，找到稳定的气保焊接工艺窗口，同时减小焊接飞溅，在提高焊接一次性成型率的前提下，实现稳定焊接，代替传统焊接方法。
附图说明
图1是本发明实施例1坡口示意图；
图2是本发明实施例2坡口示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
实施例1：
本实施例是应用在60mm厚DH36碳钢的焊接，具体过程如下：
1)如图1所示，选用U型坡口，底部钝边尺寸为1.5mm，底部直径为8mm，顶部间隙为9mm。
2)选择匹配的1.2mmER70S-6实芯气保焊丝。
3)焊前采用机械打磨方式去除钢板表面的铁锈、油污、水分等杂质，以保证焊接质量。
4)在坡口组对之后需在焊道起点和终点两个位置连接与坡口形状一致的引弧板，避免在实际焊接区域形成气孔等缺陷。
5)选用90％氩气与10％二氧化碳的混合气体。
6)焊接电流为150A，电压为21V，焊接速度为260mm/min，摆动角度范围为30-70°，侧壁停留时间为0.2s。
7)焊接过程中的层间温度为180℃。
8)焊接过程中，因坡口加工精度影响，使用激光跟踪系统，对焊丝位置进行监控，若出现异常，反馈到焊枪控制系统，进行自适应性调节，加大摆动角度或者停留时间。
9)在最后三道或四道焊接时，需增加外置气体保护罩进行焊接，以保证无气孔等焊接缺陷的产生。
10)焊接接头质量良好，无焊接缺陷存在，力学性能检验均满足国标要求。
实施例2：
本实施例是应用在155mm厚Q690的焊接，具体过程如下：
1)如图2所示，选用双面U型坡口，底部钝边尺寸为2mm，底部直径为10mm，顶部间隙为16mm。
2)选择匹配的伊萨OK.69实芯气保焊丝。
3)焊前采用机械打磨方式去除钢板表面的铁锈、油污、水分等杂质，以保证焊接质量。
4)在坡口组对之后需在焊道起点和终点两个位置连接与坡口形状一致的引弧板，避免在实际焊接区域形成气孔等缺陷。
5)选用80％氩气与20％二氧化碳气体的混合气体。
6)使用陶瓷加热片进行焊接前的预热工作。
7)焊接电流为125A，电压为18V，焊接速度为300mm/min，单数焊道焊丝角度指向坡口下方，双数焊道焊丝指向坡口上方，保证焊接质量，避免出现未熔合现象，形成单层双道焊缝。
8)焊接过程中的层间温度为150℃。
9)焊接过程中，因坡口加工精度影响，使用激光跟踪系统，对焊丝位置进行监控，若出现异常，反馈到焊枪控制系统，进行自适应性调节，加大摆动角度或者停留时间。
10)使用两台窄间隙焊接机器人进行联合作业，避免因应力集中，造成焊缝处存在裂纹。
11)在最后6道焊接时，即两面各剩3道次，需增加外置气体保护罩进行焊接，以保证无气孔等焊接缺陷的产生。
12)焊接接头质量良好，无焊接缺陷存在，力学性能检验均满足国标要求。
本发明提供一种高效的自动化海洋平台用钢的焊接方法，推动海洋工程装备的高端化、智能化，实现焊接质量优于传统焊接方法，焊接接头应力得到有效控制，产品稳定性得到很好地控制，工人工作强度与要求降低，焊接效率大幅提高，焊接成本大幅降低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法，其特征在于，适用于不同厚度海工用钢窄间隙焊接，具体包含如下步骤：
1)当厚度在100mm以下时选择U型坡口，当厚度在100～200mm时选择双面U型坡口；
2)选择直径为0.8～1.6mm实芯或药芯气保焊丝；
3)焊前去除钢板表面杂质；
4)进行焊接组对，若选择U型坡口，底部钝边尺寸为1～2mm，底部直径为7～9mm，顶部间隙为8～10mm，为单层单道焊接；底部直径为9～12mm，顶部间隙为12～20mm，为单层双道焊接；
若选择双面U型坡口，将底部并在一起，底部钝边尺寸为1～3mm，底部直径为7～9mm，顶部间隙为8～10mm，为单层单道焊接；底部直径为9～12mm，顶部间隙为12～20mm，为单层双道焊接。
5)在坡口组对之后在焊道起终两个位置连接与坡口形状一致的引弧板；
6)选用合适的保护气体；
7)强度690MPa级别以上进行焊前预热与焊后热处理；
8)线能量不超过20KJ，单层单道焊接时，焊接电流为100～240A，电压为18～30V，焊接速度为150～350mm/min，伴随摆动，摆动角度范围为0～180°，侧壁停留时间为0～0.8s；
9)控制焊接过程中的层间温度，不超过200℃；
10)使用激光跟踪系统，对焊丝位置进行监控，若出现异常，反馈到焊枪控制系统，进行自适应性调节，进行摆动角度和停留时间自适应性调节；
11)在双面焊接时，焊接1～4道次时翻面焊接或者采用双机器设备协同焊接系统实现双面同时焊接。
2.根据权利要求1所述的一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法，其特征在于，所述步骤6)保护气体为80％氩气与20％二氧化碳的混合气体、90％氩气与10％二氧化碳气体的混合气体。
3.根据权利要求1所述的一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法，其特征在于，所述步骤8)单层双道焊接时，单数焊道焊丝角度指向坡口下方，双数焊道焊丝指向坡口上方。
4.根据权利要求1所述的一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法，其特征在于，还包括步骤12)在最后三道或四道焊接时，增加外置气体保护罩进行焊接。
5.根据权利要求1所述的一种海洋平台用钢横向窄间隙焊接方法，其特征在于，还包括步骤13)焊接完成后进行探伤检测与组织力学性能检验。
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