CN115026388A - 高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高过渡系数的超大线能量高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，包括步骤：在待焊接板材之间形成坡口结构，并在所述坡口背面设置垫板；在待焊接板材之间坡口处设置实芯焊丝为根侧焊丝、并设置药芯焊丝为面侧焊丝；通入保护气体，将所述根侧焊丝和所述面侧焊丝同时进行立向上对接焊，使所述根侧焊丝保持固定，并使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动。将实芯焊丝和药芯焊丝搭配使用，既可以显著提高整体焊材的过渡系数，又可以减少总熔渣量，从而提高焊缝质量，面侧焊丝的二维摆动轨迹能够覆盖更大的熔池空间，有利于增强熔池的流动性，并且能使热量分布更加均匀，改善焊缝两侧熔合不良的问题，有利于提升过渡系数。

Description

高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地涉及一种高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法。

背景技术

随着我国制造业的高质量发展，大线能量焊接技术已在船舶、海工、桥梁、容器、建筑等领域逐渐推广应用。而大于400kJ/cm的焊接热输入，多采用双丝气电立焊，考虑到合金组配容易，国内外多采用价格昂贵的药芯焊丝进行焊接，然而随着热输入变大，药芯焊丝过渡系数低的缺陷也更加明显。焊材过渡系数影响焊材利用率以外，也影响焊接接头力学性能，焊接热输入越大，焊材过渡系数越低，焊接接头低强匹配现象越凸出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法。

本发明提供一种高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，包括步骤：

在待焊接板材之间形成坡口结构，并在所述坡口背面设置垫板；

在待焊接板材之间坡口处设置实芯焊丝为根侧焊丝、并设置药芯焊丝为面侧焊丝；

通入保护气体，将所述根侧焊丝和所述面侧焊丝同时进行立向上对接焊，使所述根侧焊丝保持固定，并使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动。

作为本发明的进一步改进，所述使所述根侧焊丝保持固定，具体包括：

使所述根侧焊丝设置在距离所述坡口根部20mm处保持固定。

作为本发明的进一步改进，所述并使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，具体包括：

使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，并在摆动过程中，使得所述面侧焊丝与所述根侧焊丝之间的最小间隔距离控制为10mm。

作为本发明的进一步改进，述并使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，还包括：

使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，沿所述坡口深度方向，所述面侧焊丝最大摆动距离控制为d，d可表示为：

其中，h为待焊接板材的厚度，且50≤h≤80mm。

作为本发明的进一步改进，所述在待焊接板材之间坡口处设置实芯焊丝为根侧焊丝，具体包括：

在待焊接板材之间坡口处设置直径为1.6mm的实芯焊丝为根侧焊丝。

作为本发明的进一步改进，所述并设置药芯焊丝为面侧焊丝，具体包括：

设置纵截面形状呈梅花形的药芯焊丝为面侧焊丝。

作为本发明的进一步改进，所述所述并设置药芯焊丝为面侧焊丝，还包括：

设置纵截面形状呈梅花形的且直径为2.4mm的药芯焊丝为面侧焊丝。

作为本发明的进一步改进，所述通入保护气体，具体包括：

通入70％Ar+25％CO₂+5％O₂(体积分数)混合气体作为保护气体。

作为本发明的进一步改进，所述将所述根侧焊丝和所述面侧焊丝同时进行立向上对接焊，具体包括：

控制焊接热输入量大于400kJ/cm，将所述根侧焊丝和所述面侧焊丝同时进行立向上对接焊得到单道次焊缝。

作为本发明的进一步改进，所述焊缝处焊材的过渡系数大于0.9。

本发明的有益效果是：本发明分别设置实芯焊丝为根侧焊丝、药芯焊丝为面侧焊丝，将实芯焊丝和药芯焊丝搭配使用，两者缺陷互补，既可以显著提高整体焊材的过渡系数，又可以减少总熔渣量，从而提高焊缝质量。并在焊接过程中，将面侧焊丝进行“之”字形摆动，面侧焊丝的二维摆动轨迹能够覆盖更大的熔池空间，从而更有利于增强熔池的流动性，并且能使热量分布更加均匀，获得更好的熔透性，改善焊缝两侧熔合不良的问题，并有利于提升过渡系数，最终获得高过渡系数且焊接质量优良的焊接接头。

附图说明

图1是本发明一实施方式中的高过渡系数的超大线能量高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法步骤图。

图2至图4是本发明一实施方式中的高过渡系数的超大线能量高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法各步骤示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施方式及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本申请保护的范围。

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。

本实施方式提供一种高过渡系数的超大线能量高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，具体为双丝气电立焊方法，用于焊接热输入量大于400kJ/cm的超大线能量双丝气电立焊，在大的焊接热输入条件下，通过本方法焊接的板材1所使用的焊材过渡系数高，即焊材利用率高，并且高的过渡系数也保证了焊缝处的力学性能良好。

如图1所示，高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法包括步骤：

S1：在待焊接板材1之间形成坡口2结构，并在坡口2背面设置垫板3。

S2：在待焊接板材1之间坡口2处设置实芯焊丝为根侧焊丝4、并设置药芯焊丝为面侧焊丝5。

S3：通入保护气体，将根侧焊丝4和面侧焊丝5同时进行立向上对接焊，使根侧焊丝4保持固定，并使所述面侧焊丝5同时沿坡口2深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动。

如图2所示，在步骤S1中，根据待焊接板材1类型和厚度在板材1焊接面处加工出坡口2，并根据坡口2形状设置对应的垫板3。在本实施方式中，板材1厚度h范围为：50≤h≤80mm，根据板材1厚度可将坡口2设置为单面V型坡口2，坡口2尺寸及角度可根据板材1类型、焊丝类别等因素而具体调整，本发明对此不作具体限制。

在其他实施方式中，也可将坡口设置形成X型或I型等坡口结构，并设置与之匹配的垫板3。

在坡口2正面设置诸如水冷铜滑块等冷却装置进行冷却使焊缝强制成形，坡口2背面垫板3有多种形式，如可以采用陶瓷衬垫，或者也可在坡口2背面设置水冷铜垫板3、或者也可在坡口2背面也设置水冷铜滑块作为垫板3等，设于坡口2背面的垫板3与坡口2正面设置的冷却装置强迫坡口2焊缝中的熔融金属强制成形，以实现立缝向上位置的焊接。

综上，在步骤S1中，基于现有技术根据待焊接板材1类型、尺寸等因素形成坡口2结构并设置在坡口2处设置垫板3，以进行后续气电立焊。

如图3所示，在步骤S2中，将实芯焊丝和药芯焊丝配合使用，分别设置实芯焊丝为根侧焊丝4、设置药芯焊丝为面侧焊丝5。根侧焊丝4即靠近坡口2根部处的焊丝，面侧焊丝5即靠近坡口表面侧的焊丝。

其中，实芯焊丝即直接将线材拉拔成目标线径而成的焊丝，其内部没有药粉。实芯焊丝相较于药芯焊丝，其具有成本较低且过渡系数高的优势，但实芯焊丝具有飞溅大、成形差、电弧硬等缺点，使得其焊接工艺性能差，由于气电立焊为强制成形，实芯焊丝由于脱氧效果差熔渣少，使得水冷铜块和熔池金属之间缺少润滑，焊缝质量差。

药芯焊丝是将药粉包在薄钢带内卷成不同的纵截面形状经轧拔加工制成的焊丝。药芯焊丝相于比实芯焊丝，其具有更高的熔敷速度，特别是在全位置焊接场合，可使用大电流从而提高焊接效率，并且其电弧柔软、飞溅较少。然而随着焊接热输入变大，药芯焊丝过渡系数低的缺陷变的明显。此外，由于药芯焊丝多为管状，其电流密度大，熔化速度快，导致药芯焊丝的焊接电流不能过大，当焊接热输入量大时，必须减小焊接速度，在某种程度上使得焊接电流和焊接速度的匹配失衡，进而使得焊接飞溅变大，焊缝成型变差。

在本实施方式中，通过将实芯焊丝和药芯焊丝搭配使用，在对焊缝要求较低的坡口2根部处选择实芯焊丝作为根部焊丝，在对焊缝要求较高的表面侧选择药芯焊丝作为面侧焊丝5，两者缺陷互补，既可以显著提高整体焊材的过渡系数，又可以减少总熔渣量，从而提高焊缝质量。

进一步的，在本实施方式中，设置纵截面形状呈梅花形的药芯焊丝为面侧焊丝5。梅花形药芯焊丝指的是焊丝的外皮金属沿表面形成多段向内折弯的结构，外皮金属和粉剂在纵截面上构成的图形类似于梅花，其相比于纵截面形状呈“O”形的管状药芯焊丝，具有更复杂的截面结构，电弧更稳定，药芯的冶金反应和保护作用发挥的更加充分，并且，梅花形药芯焊丝的电流密度高于管状药芯焊丝，在大的焊接热输入条件下，梅花形药芯焊丝的焊接工艺更优。

具体的，在本实施方式中，步骤S2包括：

S21：在待焊接板材1之间坡口2处设置直径为1.6mm的实芯焊丝为根侧焊丝4。

S22：设置纵截面形状呈梅花形的且直径为2.4mm的药芯焊丝为面侧焊丝5。

在本发明的其他实施方式中，也可根据待焊接板材1选择其他常用直径的实芯焊丝和药芯焊丝，本发明对此不做限制。

综上，在步骤S2中，搭配使用实芯焊丝和药芯焊丝既可以显著提高整体过渡系数，又可以减少总熔渣量。

在步骤S3中，所述通入保护气体，具体包括：

通入70％Ar+25％CO₂+5％O₂(体积分数)混合气体作为保护气体。

在气电立焊工艺中，对于药芯焊丝，通常选择CO₂作为保护气体，对于实芯焊丝，通常选择CO₂或者80％Ar+20％CO₂(体积分数)混合气体作为保护气体，在本实施方式中，由于将实芯焊丝和药芯焊丝搭配使用，因此选择Ar和CO₂的混合气体作为保护气，并且，在保护气体中加入了5％的O₂，在保护气中添加少量O₂可提高电弧的稳定性，降低熔滴与焊丝分离的表面张力，从而提高填充金属过渡的熔滴细化率，改善焊缝润湿性、流动性，从而减小焊接飞溅，以提高焊材过渡系数。

进一步的，如图4所示，所述使根侧焊丝4保持固定，具体包括：

使根侧焊丝4设置在距离坡口2根部20mm处保持固定。

当根侧焊丝4距离坡口2根部过小时，坡口2根部热量过多容易造成漏渣和焊穿；当根侧焊丝4距离坡口2根部距离过大时，则到达根部的热量较少，容易造成板材1坡口2根部两侧与焊缝未熔合或焊缝反面成形质量较差的情况，因此将根侧焊丝4设置在距离坡口2根部20mm处保持固定，以保证焊缝质量。

在本发明的其他实施方式中，也可根据坡口2形状等因素调整根侧焊丝4距离坡口2根部的距离以保证焊缝的质量。

进一步的，所述并使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，具体包括：

使面侧焊丝5同时沿坡口2深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，并在摆动过程中，使得面侧焊丝5与根侧焊丝4之间的最小间隔距离控制为10mm。

面侧焊丝5沿坡口2深度方向最大摆动距离为d，d可表示为：

其中，h为待焊接板材1的厚度。

这里，将面侧焊丝5进行“之”字形摆动，相比于现有技术中的单向沿坡口2深度方向往复做前后摆动，使原本面侧焊丝5的摆动从一维运动优化为二维运动，其运动轨迹能够覆盖更大的熔池空间，从而更有利于增强熔池的流动性，并且能使热量分布更加均匀，获得更好的熔透性，改善焊缝两侧熔合不良的问题，并有利于提升过渡系数。

由于根侧焊丝4和面侧焊丝5的材质、成分不同，为保证两种焊丝的共熔池性，进一步对面侧焊丝5和根侧焊丝4之间的间隔距离以及面侧焊丝5的摆动距离进行限定，以获得良好的熔池流动性。并且，为了适应性配合面侧焊丝5的摆动幅度，待焊接板材1的厚度h被限定为50≤h≤80mm。

在本发明的其他实施方式中，也可根据坡口形状、焊丝规格、待焊接板材型号等因素调整根侧焊丝4和面侧焊丝5之间的间隔距离以保证焊缝的质量。

在焊接过程中，控制焊接热输入量大于400kJ/cm，将根侧焊丝4和面侧焊丝5同时进行立向上对接焊，以满足超大线能量双丝气电立焊热数量要求。

通过上述双丝气电立焊方法进行焊接，板材焊缝处焊材的过渡系数大于0.9。

综上所述，本发明分别设置实芯焊丝为根侧焊丝、药芯焊丝为面侧焊丝，将实芯焊丝和药芯焊丝搭配使用，两者缺陷互补，既可以显著提高整体焊材的过渡系数，又可以减少总熔渣量，从而提高焊缝质量。并在焊接过程中，将面侧焊丝进行“之”字形摆动，面侧焊丝的二维摆动轨迹能够覆盖更大的熔池空间，从而更有利于增强熔池的流动性，并且能使热量分布更加均匀，获得更好的熔透性，改善焊缝两侧熔合不良的问题，并有利于提升过渡系数，最终获得高过渡系数且焊接质量优良的焊接板材。

以下通过3个实施例和2个对比例，进一步对本发明的具体实施方式予以介绍。

实施例1：

焊接试板采用厚度规格为50mm的船板钢EH40，其截面尺寸为350×1000mm。焊接热输入量为465kJ/cm。根侧焊丝选用实芯焊丝SG-1，面侧焊丝选用药芯焊丝SC-EG50R，保护气体选用70％Ar+25％CO₂+5％O₂，面侧焊丝做“之”字形摆动，摆动距离为5mm。焊材过渡系数计算见表1。

实施例2：

焊接试板采用厚度规格为60mm为船板钢EH36，其截面尺寸为350×1000mm。焊接热输入量为545kJ/cm。根侧焊丝选用实芯焊丝SG-2，面侧焊丝选用药芯焊丝SC-EG50R，保护气体选用70％Ar+25％CO₂+5％O₂，面侧焊丝做“之”字形摆动，摆动距离为10mm。焊材过渡系数计算见表1。

实施例3：

焊接试板采用厚度规格为70mm的船板钢DH36，其截面尺寸为350×1000mm。焊接热输入量为620kJ/cm。根侧焊丝选用实芯焊丝SG-3，面侧焊丝选用药芯焊丝SC-EG50R。保护气体选用70％Ar+25％CO₂+5％O₂，面侧焊丝做“之”字形摆动，摆动距离为15mm。焊材过渡系数计算见表1。

对比例1：

焊接试板采用厚度规格为60mm的船板钢DH36，其截面尺寸为350×1000mm。焊接热输入量为510kJ/cm。根侧焊丝和面侧焊丝选用药芯焊丝SC-EG50R，保护气体选用CO₂，面侧焊丝只做上下做摆动，摆动距离为10mm。

对比例2：

焊接试板采用厚度规格为70mm的船板钢EH40，其截面尺寸为350×1000mm。焊接热输入量为635kJ/cm。根侧焊丝和面侧焊丝选用药芯焊丝SC-EG50R。保护气体选用CO₂，面侧焊丝只做上下摆动，摆动距离其15mm。焊材过渡系数计算见表1。

表1

其中，过渡系数＝(焊材使用量-焊渣重量-飞溅金属重量)/(焊材使用量)。

在实施例1～3中，焊材的过渡系数均大于0.9，并且最低为0.94。在对比例1和2中，根侧焊丝和面侧焊丝均选择药芯焊丝，仅选用CO₂作为保护气体，并面侧焊丝只做单向摆动，其过渡系数均明显低于实施例1～3，均未达到0.9。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，包括步骤：

在待焊接板材之间形成坡口结构，并在所述坡口背面设置垫板；

在待焊接板材之间坡口处设置实芯焊丝为根侧焊丝、并设置药芯焊丝为面侧焊丝；

通入保护气体，将所述根侧焊丝和所述面侧焊丝同时进行立向上对接焊，使所述根侧焊丝保持固定，并使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动。

2.根据权利要求1所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述使所述根侧焊丝保持固定，具体包括：

使所述根侧焊丝设置在距离所述坡口根部20mm处保持固定。

3.根据权利要求2所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述并使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，具体包括：

使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，并在摆动过程中，使得所述面侧焊丝与所述根侧焊丝之间的最小间隔距离控制为10mm。

4.根据权利要求3所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述并使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，还包括：

使所述面侧焊丝同时沿坡口深度方向和宽度方向往复做“之”字形摆动，沿所述坡口深度方向，所述面侧焊丝最大摆动距离控制为d，d可表示为：

其中，h为待焊接板材的厚度，且50≤h≤80mm。

5.根据权利要求1所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述在待焊接板材之间坡口处设置实芯焊丝为根侧焊丝，具体包括：

在待焊接板材之间坡口处设置直径为1.6mm的实芯焊丝为根侧焊丝。

6.根据权利要求1所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述并设置药芯焊丝为面侧焊丝，具体包括：

设置纵截面形状呈梅花形的药芯焊丝为面侧焊丝。

7.根据权利要求6所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述并设置药芯焊丝为面侧焊丝，还包括：

设置纵截面形状呈梅花形的且直径为2.4mm的药芯焊丝为面侧焊丝。

8.根据权利要求1所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述通入保护气体，具体包括：

通入70％Ar+25％CO₂+5％O₂(体积分数)混合气体作为保护气体。

9.根据权利要求1所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述将所述根侧焊丝和所述面侧焊丝同时进行立向上对接焊，具体包括：

控制焊接热输入量大于400kJ/cm，将所述根侧焊丝和所述面侧焊丝同时进行立向上对接焊得到单道次焊缝。

10.根据权利要求9所述的高过渡系数的超大线能量双丝气电立焊方法，其特征在于，所述焊缝处焊材的过渡系数大于0.9。

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