CN115255574B - 一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法 - Google Patents

一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法 Download PDF

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Abstract

一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法，属于水轮机焊接制造领域，解决特厚板手工焊接量大、焊接变形不易控制、生产效率低，以及传统焊接方式占用大型窄间隙埋弧焊设备和机加工设备，产生额外坡口加工成本、额外的坡口加工周期和转运周期，甚至导致延误生产交货周期的问题，本发明的主要技术方案是采用垫条制备“H”型坡口、大坡口两遍打底焊接、小坡口大规范打底焊接、正常规范填充及盖面焊接并结合平面度控制焊接变形等一系列措施，实现了180～300mm特厚板不开坡口的埋弧焊接，填补了特厚钢板不开坡口埋弧焊接制造技术的空白，对实际生产的意义重大。

Description

一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法
技术领域
本发明属于水轮机焊接制造领域，具体涉及一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法。
背景技术
近年来，大型水轮机项目，尤其是抽水蓄能项目逐年增长，大型结构件和大型抽水蓄能工件多由厚板拼料组成，如座环、顶盖、底环是水轮机的关键部件，其座环环板、顶盖主环板和底环主环板多采用180mm以上的特厚钢板，钢板采用火焰切割方式下料成多个圆弧瓣，然后转入加工分厂制备“X型”坡口或者“J”型坡口，焊接方式主要分为两种，一种适用于“X型”坡口的手工气体保护焊接，焊接填充量大且焊接效率低，焊接变形不易控制，焊接质量不够稳定，容易造成返修，一种是适用于“J型”坡口的窄间隙埋弧焊焊接，但需要占用大型窄间隙焊接设备，不够灵活，上述两种方式焊接均需要转运至加工分厂加工焊接坡口，占用大型机加工设备，产生额外的加工成本、额外的坡口加工周期和转运周期。
相关文献《20mm的钢板不开坡口埋弧焊工艺研究》和《埋弧焊高效焊接新工艺的探究与实践》等介绍不开坡口埋弧焊接仅适用于中厚板，钢板厚度一般都在30mm以内，借助于埋弧焊接线能量大可实现单道焊全熔透，但对于厚度180mm以上的特厚钢板不开坡口未见报道。
专利(授权公告号：CN105057856B)介绍的特厚板埋弧焊工艺，钢板厚度达到180mm甚至超过200mm，所采用的坡口形式为“X”型坡口，仍然存在坡口加工、转运的问题，额外的加工成本、额外的坡口加工周期和转运周期，延误生产交货周期。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，解决特厚板手工焊接量大、焊接变形不易控制、生产效率低，以及传统焊接方式占用大型窄间隙埋弧焊设备和机加工设备，产生额外坡口加工成本、额外的坡口加工周期和转运周期，甚至导致延误生产交货周期的问题，进而提供了一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法；所述方法是通过如下步骤实现的：
步骤一：装配垫条和引弧板，经火焰气割下料后的对接钢板，将坡口面打磨露出金属光泽，将同材质垫条定位焊接在对接钢板的厚度1/3处，形成“H”型坡口，高度2/3坡口以下简称为大坡口，高度1/3坡口以下简称为小坡口，垫条宽度为焊接收缩量、装配间隙和焊枪摆动宽度三者之和，延伸出钢板端面的垫条装配引弧板；
步骤二：大坡口侧第一遍打底焊接，大坡口面朝上，前两道打底焊接将垫条与钢板接触的左右两侧熔透，第三道打底焊接将垫条中间与左右两侧焊道形成波浪形过渡；
步骤三：大坡口侧第二遍打底焊接，进行两道打底焊接；
步骤四：大坡口侧填充焊接，采用正常规范焊接将大坡口侧填充至高度1/3处，并控制两侧钢板平面度在10mm/m以内；
步骤五：小坡口侧清根，翻身后将小坡口面朝上，将垫条和大坡口侧两边打底层清除干净并将小坡口侧制备成“U”型坡口，然后打磨至金属光泽；
步骤六：小坡口侧打底焊接，采用单道次大规范焊接保证清根根部及“U”型坡口两侧彻底熔透；
步骤七：小坡口侧填充焊接，采用正常规范焊接将小坡口填充，控制两侧钢板平面度在5mm/m以内；
步骤八：大坡口侧和小坡口侧交替填充焊接及盖面焊接，经反复翻身后，采用正常规范焊接完成大坡口和小坡口交替填充焊接及盖面焊接，控制两侧钢板平面度在2mm/m以内直至0mm/m。
在上述特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法中，所述步骤一中钢板、垫条均为Q345B，定位焊接采用的焊材为φ1.2mm的GB ER50-6，焊接工艺参数为：电流210～240A，电压23～28V，保护气组分：
78％Ar+22％CO2，流量：12～20L/min。
在上述特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法中，所述步骤二～步骤八中钢板预热温度不低于100℃，所用的焊丝和焊剂分别为φ4mm AWS F7P2-EH14和10～60目的AWSF7P2-EH14。
在上述特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法中，所述步骤二中大坡口侧第一遍打底焊接采用小规范焊接，焊接工艺参数为：电流270±10A，电压30V，焊接速度40mm/min。
在上述特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法中，步骤三中大坡口侧第二遍打底焊接采用小规范焊接，焊接工艺参数为：电流350～400A，电压32～33V，焊接速度32mm/min。
在上述特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法中，所述步骤四、步骤7、步骤八中的正常规范焊接工艺参数为：电流500～550A，电压32～33V，焊接速度32mm/min。
在上述特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法中，所述步骤六中的大规范焊接工艺参数为：电流640±10A，电压34～35V，焊接速度27～29mm/min。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1)在经气割后钢板截面处装配垫条形成“H”型坡口，节约了加工成本，节省了加工坡口周期和转运周期，有效缩短生产周期，提高生产效率。
2)制备的“H”型坡口相比于传统的“X”型坡口尺寸小，减少焊接填充量，有利于控制焊接变形，保证焊接质量。
3)由于不需要加工坡口，减少了大型窄间隙埋弧焊接设备和大型加工设备的占用时间。
4)相对于传统的采用“X”型坡口的气体保护焊接，焊接效率和焊接质量得到明显提升。
5)经过工程实践，采用本发明的特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法焊接180～300mm厚钢板，焊接后探伤一次合格，焊接质量稳定。
6)本发明填补了180～300mm特厚钢板不开坡口埋弧焊接制造技术的空白，对实际生产的意义重大。
附图说明
图1为本发明中垫条及引弧板的装配示意图；
图2为本发明中大坡口侧第一遍打底焊接截面示意图；
图3为本发明中大坡口侧第二遍打底焊接截面示意图；
图4为本发明中第一次翻身前大坡口侧填充焊接截面示意图；
图5为本发明中第一次翻身后小坡口侧清根制备“U”型坡口截面示意图。
图中标记说明：1-钢板、2-垫条、3-引弧板、4-大坡口、5-小坡口。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
本实施方式提供一种七立筋转子支架的双车埋弧焊接制造方法，所述方法是通过如下步骤实现的：
步骤一：装配垫条2和引弧板3，如图1所示，经火焰气割下料后的180mm厚对接钢板1，将坡口面打磨露出金属光泽，将同材质垫条2定位焊接在对接钢板1的厚度1/3处，形成“H”型坡口，高度2/3坡口以下简称为大坡口4，高度1/3坡口以下简称为小坡口5，垫条2厚度为6mm，装配间隙为2mm，焊接收缩量为10mm，焊枪摆动宽度为20mm，垫条2宽度为焊接收缩量、装配间隙和焊枪摆动宽度三者之和，即32mm，延伸出钢板1端面的垫条2装配引弧板3；本步骤中垫条2选择在高度1/3处装配的作用是小坡口5侧清根后两面坡口深度相近，容易控制焊接变形。
步骤二：大坡口4侧第一遍打底焊接，如图2所示，大坡口4面朝上，前两道打底焊接将垫条2与钢板1接触的左右两侧熔透，第三道打底焊接将垫条2中间与左右两侧焊道形成波浪形过渡；本步骤中采用小规范快速走车焊接规范的作用是增加垫条2厚度，防止垫条2击穿。
步骤三：大坡口4侧第二遍打底焊接，如图3所示，进行两道打底焊接；在本步骤中因为第一遍打底焊接垫条2温度较高，为防止第二遍打底焊接将垫条2击穿，所以第二遍打底电流还采取小规范快走车的焊接规范，进一步增加垫条2厚度，为大坡口4侧正常规范填充焊接做好准备。
步骤四：大坡口4侧填充焊接，如图4所示，采用正常规范焊接将大坡口4侧填充至高度1/3处，并控制两侧钢板1平面度在10mm/m以内；本步骤中采用正常规范焊接的作用是将焊接电流放大，焊接速度放慢以保证坡口两侧的融合，同时第一次翻身前大坡口4侧填充焊接至高度1/3处，两面坡口深度相近，后续焊接变形可控可预测，此时，平面度应控制在10mm/m以内，过大的平面度会造成根部开裂，翻身后小坡口侧填充焊接，焊接变形不易控制。
步骤五：小坡口5侧清根，如图5所示，翻身后将小坡口5面朝上，将垫条2和大坡口4侧两边打底层清除干净并将小坡口5侧制备成“U”型坡口，然后打磨至金属光泽；本步骤的作用是清除垫条2定位焊的大坡口4侧两边打底焊的根部缺陷，制备“U”型坡口的目的是为小坡口5侧打底焊接做准备。
步骤六：小坡口5侧打底焊接，采用单道次大规范焊接保证清根根部及“U”型坡口两侧彻底熔透；本步骤中采用单道次大规范焊接焊接的目的是保证根部与两侧焊缝彻底熔透。
步骤七：小坡口5侧填充焊接，采用正常规范焊接将小坡口5填充，控制两侧钢板1平面度在5mm/m以内；本步骤中采用正常规范焊接是将焊接电流放大，焊接速度放慢以保证坡口两侧的融合，同时，由于焊接量不断减小，平面度可适当减小，但应控制在5mm/m以内。
步骤八：大坡口4侧和小坡口5侧交替填充焊接及盖面焊接，经反复翻身后，采用正常规范焊接完成大坡口4和小坡口5交替填充焊接及盖面焊接，控制两侧钢板1平面度在2mm/m以内直至0mm/m；本步骤中采用正常规范焊接是将焊接电流放大，焊接速度放慢以保证坡口两侧的熔合，同时，由于焊接量不断减小，平面度可适当减小，但应控制2mm/m以内直至0mm/m。焊接完成后对焊缝进行超声波探伤，一次合格，焊缝内部质量可靠。
进一步地，所述步骤一中钢板1、垫条2均为Q345B，定位焊接采用的焊材为φ1.2mm的GB ER50-6，焊接工艺参数为：电流210～240A，电压23～28V，保护气组分：78％Ar+22％CO2，流量：12～20L/min。
进一步地，所述步骤二～步骤八中钢板1预热温度不低于100℃，所用的焊丝和焊剂分别为φ4mm AWS F7P2-EH14和10～60目的AWS F7P2-EH14。
进一步地，所述步骤二中大坡口4侧第一遍打底焊接采用小规范焊接，焊接工艺参数为：电流270±10A，电压30V，焊接速度40mm/min；本步骤中大坡口4侧第一遍打底焊接至为关键，采用小规范焊接，一是有利于保证焊接质量，二是防止垫条2击穿，三是为了增加垫条2厚度。
进一步地，步骤三中大坡口4侧第二遍打底焊接采用小规范焊接，焊接工艺参数为：电流350～400A，电压32～33V，焊接速度32mm/min；本步骤中大坡口4侧第二遍打底焊接至为关键，采用小规范焊接，一是有利于保证焊接质量，二是防止垫条2击穿，三是为了进一步增加垫条2厚度。
进一步地，所述步骤四、步骤7、步骤八中的正常规范焊接工艺参数为：电流500～550A，电压32～33V，焊接速度32mm/min。
进一步地，所述步骤六中的大规范焊接工艺参数为：电流640±10A，电压34～35V，焊接速度27～29mm/min。
本发明只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法，其特征在于：所述方法是通过如下步骤实现的：
步骤一：装配垫条(2)和引弧板(3)，经火焰气割下料后的对接钢板(1)，将坡口面打磨露出金属光泽，将同材质垫条(2)定位焊接在对接钢板(1)的厚度1/3处，形成“H”型坡口，高度2/3坡口以下简称为大坡口(4)，高度1/3坡口以下简称为小坡口(5)，垫条(2)宽度为焊接收缩量、装配间隙和焊枪摆动宽度三者之和，延伸出钢板端面的垫条(2)装配引弧板(3)；
步骤二：大坡口(4)侧第一遍打底焊接，大坡口(4)面朝上，前两道打底焊接将垫条(2)与钢板(1)接触的左右两侧熔透，第三道打底焊接将垫条(2)中间与左右两侧焊道形成波浪形过渡；
步骤三：大坡口(4)侧第二遍打底焊接，进行两道打底焊接；
步骤四：大坡口(4)侧填充焊接，采用正常规范焊接将大坡口(4)侧填充至高度1/3处，并控制两侧钢板(1)平面度在10mm/m以内；
步骤五：小坡口(5)侧清根，翻身后将小坡口(5)面朝上，将垫条(2)和大坡口(4)侧两边打底层清除干净并将小坡口(5)侧制备成“U”型坡口，然后打磨至金属光泽；
步骤六：小坡口(5)侧打底焊接，采用单道次大规范焊接保证清根根部及“U”型坡口两侧彻底熔透；
步骤七：小坡口(5)侧填充焊接，采用正常规范焊接将小坡口(5)填充，控制两侧钢板(1)平面度在5mm/m以内；
步骤八：大坡口(4)侧和小坡口(5)侧交替填充焊接及盖面焊接，经反复翻身后，采用正常规范焊接完成大坡口(4)和小坡口(5)交替填充焊接及盖面焊接，控制两侧钢板(1)平面度在2mm/m以内直至0mm/m。
2.根据权利要求1所述的一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法，其特征在于：所述步骤一中钢板(1)、垫条(2)均为普通材料，定位焊接采用的焊材为φ1.2mm的普通焊丝，焊接工艺参数为：电流210～240A，电压23～28V，保护气组分：78％Ar+22％CO2，流量：12～20L/min。
3.根据权利要求1所述的一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法，其特征在于：所述步骤二～步骤八中钢板(1)预热温度不低于100℃，所用的焊丝φ4mm和焊剂为10～60目。
4.根据权利要求1所述的一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法，其特征在于：所述步骤二中大坡口(4)侧第一遍打底焊接采用小规范焊接，焊接工艺参数为：电流270±10A，电压30V，焊接速度40mm/min。
5.根据权利要求1所述的一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法，其特征在于：步骤三中大坡口(4)侧第二遍打底焊接采用小规范焊接，焊接工艺参数为：电流350～400A，电压32～33V，焊接速度32mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法，其特征在于：所述步骤四、步骤七、步骤八中的正常规范焊接工艺参数为：电流500～550A，电压32～33V，焊接速度32mm/min。
7.根据权利要求1所述的一种特厚板不开坡口的埋弧焊接制造方法，其特征在于：所述步骤六中的大规范焊接工艺参数为：电流640±10A，电压34～35V，焊接速度27～29mm/min。
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