CN116197499A - 一种圆筒焊缝焊接工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆筒焊缝焊接工艺方法，属于焊接技术领域。单面焊接方法如下：1）下料得到板体；2)将板体加工出倒角；3）卷筒；4）在卷筒的外侧形成一条V型坡口或Y型坡口；5）用氩弧焊焊枪对V型或Y型坡口的外侧进行打底焊，用埋弧焊焊枪进行填焊，氩弧焊焊枪上设有电磁控制装置。在双面焊接方法中，步骤4）将卷筒两纵向端面对接后，在卷筒上形成X型坡口；5）先用氩弧焊焊枪对X型坡口的外侧坡口进行熔透打底焊，再用埋弧焊焊枪进行填焊；6）将圆筒旋转180度，氩弧焊焊枪对X型坡口的内侧坡口用埋弧焊焊枪进行填焊。本发明解决了无间隙单面焊双面难以成型问题，取消了双面埋弧焊接时的气刨清根，改善了作业环境。

Description

一种圆筒焊缝焊接工艺方法

技术领域

本发明涉及一种圆筒焊缝焊接工艺方法，属于焊接技术领域。

背景技术

压力容器作为一种常用的特种设备，在各行各业中起着至关重要的作用。作为压力容器重要组成部分的圆筒，尤其钢板卷制圆筒，一方面其纵缝需焊接而成，另一方面由于圆筒制造处于制造流程中的中间工序，因此圆筒纵缝焊缝的焊接方法直接决定了压力容器产品质量及制造过程。

圆筒作为压力容器的主要组成部分，纵缝焊接质量至关重要。特别是对于小直径圆筒由于筒径较小，普通十字臂、焊接小车等设备无法进入内部施焊，通常采用单面焊双面成型的单枪埋弧焊焊接方式。但是，埋弧焊焊接方式不能熔透焊缝背面，为了保证焊缝焊透，目前通常采用两种方法进行焊接：第一种是采用无间隙的V型坡口，先焊接外坡口，但并不焊满，然后采用碳弧气刨的方式对内坡口进行清根处理后并焊满，最后再将外坡口焊满，但是清根处理会产生大量的烟尘，影响作业环境及操作者健康，且焊接过程中需大量的人工辅助，造成工作效率低，焊缝质量差，操作人员劳动强度大；第二种是采用具有2mm～4mm组对间隙的V型坡口，缺点是焊丝熔化后会从组对间隙漏至底部，焊接完成后在底部会出现一条大于4mm的隆起，影响焊接表面质量。

申请号为201810136498.2的中国发明专利公开了一种大型圆筒焊接方法，包括环板拼接，手工焊打底，焊前预热，预热温度≥100℃，加引弧板，埋弧焊，调面及清根后埋弧焊，焊后保温；卷制板，卡圆后焊接直缝，手工焊打底，预热温度≥100℃，加引弧板，埋弧焊，调面及清根后埋弧焊，焊后回卷筒节，直缝处回圆。因此，该发明的焊接方法在环板拼接和卷制板卡圆后焊接直缝工序中，为了将钢板焊透，均采用了调面后清根，然后再次埋弧焊的焊接方法，该过程不仅会造成大量的烟尘污染，而且焊接效率低，操作人员的劳动强度大。

圆筒纵缝的焊接质量直接决定了压力容器产品的质量，同时为了减轻员工作业强度及保证良好的作业环境，焊接过程中需既保证焊缝焊接质量、焊接效率又要改善作业环境。因此，寻求一种快速高效、稳定可靠，同时可改善车间作业环境的自动焊接方法是当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的技术方案以改善或解决如上所述的现有技术中存在的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：一种圆筒焊缝焊接工艺方法，包括单面焊双面成型的焊接方法，具体如下：

1）对板材进行切割下料，得到卷筒用的板体；

2）将所述板体两纵向端面的外侧加工出倒角；

3）将板体卷制成卷筒；

4）组对，将所述卷筒两纵向端面对接后，在所述卷筒的外壁形成一条V型坡口或Y型坡口，所述V型坡口的底部无间隙对接，所述Y型坡口底部的钝边无间隙对接；

5）实施定位焊接，通过氩弧焊焊枪对V型坡口或Y型坡口进行全熔透打底焊，然后通过埋弧焊焊枪在打底焊的基础上进行填焊；

在步骤5）中，所述氩弧焊焊枪上设有用于使氩弧焊的电弧能量集中、增加焊接熔深的电磁控制装置。

进一步的，步骤5）中，采用异步焊接设备，所述异步焊接设备包括移动台车和安装在所述移动台车上的十字型支架，所述十字型支架包括立柱和横梁，所述氩弧焊焊枪和埋弧焊焊枪均以能够沿所述横梁往复移动的方式安装在所述横梁上，且所述横梁能够沿所述立柱上下移动。

进一步的，步骤5）中，所述埋弧焊焊枪往复焊接多次直至V型坡口表面平整。

进一步的，步骤2）中，所述倒角角度为25°～30°。

进一步的，所述Y型坡口底部的钝边的长度为4mm～6mm。

进一步的，所述板体的厚度为6mm～14mm。

进一步的，所述异步焊接设备还包括焊接工位，所述焊接工位上设有用于承托待焊接圆筒的滚轮架及安装在所述滚轮架上的滚轮。

本发明还提供了一种圆筒焊缝焊接工艺方法，包括双面焊接方法，具体如下：

1）对板材进行切割下料，得到卷筒用的板体；

2）将所述板体的两纵向端面外侧及内侧均加工出倒角；

3）将板体卷制成卷筒；

4）组对，将所述卷筒两纵向端面对接后，在所述卷筒上形成中间有钝边或无钝边的X型坡口；

5）实施定位焊接，通过氩弧焊焊枪对X型坡口的外侧坡口进行熔透打底焊，然后通过埋弧焊焊枪对X型坡口的外侧坡口在打底焊的基础上进行填焊；

6）将圆筒旋转180度，通过埋弧焊焊枪对X型坡口的内侧坡口进行填焊；

在步骤5）和步骤6）中，所述氩弧焊焊枪上设有用于使氩弧焊的电弧能量集中、增加焊接熔深的电磁控制装置。

进一步的，步骤5）X型坡口的外侧坡口的熔透打底焊与步骤6）X型坡口的内侧坡口的填焊具有熔透交集。

采用上述进一步的有益效果是：通过液态金属的相互熔合形成熔透交集，保证焊缝根部的完全熔合，进而保证双面焊的焊缝完全焊透，从而确保焊缝焊接质量。

进一步的，步骤5）中，采用异步焊接设备，所述异步焊接设备包括移动台车和安装在所述移动台车上的十字型支架，所述十字型支架包括立柱和横梁，所述氩弧焊焊枪和埋弧焊焊枪均以能够沿所述横梁往复移动的方式安装在所述横梁上，且所述横梁能够沿所述立柱上下移动。

本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明通过增加电磁控制装置，通过电磁力把电弧稳定在中间，使得氩弧焊（TIG）电弧能量集中，焊接时熔深增大，实现无间隙单面焊双面成型，解决了无间隙单面焊双面难以成型问题、降低了圆筒纵缝组对时的难度，且取消了双面埋弧焊接时的气刨清根，消除了气刨清根对车间环境的影响，改善了作业环境。

2、本发明通过异步焊接设备实现了氩弧焊（TIG）与埋弧焊（SAW）双枪的异步焊接，提高了焊接效率；且实现了焊接及辅助作业双工位同时作业，提高圆筒制造效率及设备利用率。

3、本发明实现了碳钢、不锈钢或低温钢的圆筒纵缝自动化焊接，根据圆筒纵缝母材材质选定对应的焊接方法，不同材质、规格的圆筒采用对应的坡口形式，覆盖范围广、适用性强。

附图说明

图1为本发明的圆筒的外侧开V型坡口的结构示意图；

图2为采用本发明的单面焊接方法焊接V型坡口的焊缝熔合图；

图3为本发明的圆筒开X型坡口的结构示意图；

图4为本发明的采用氩弧焊加埋弧焊焊接具有X型坡口的卷筒外纵缝的焊缝融合图；

图5为本发明的采用埋弧焊焊接具有X型坡口的卷筒内纵缝的焊缝融合图；

图6为本发明的采用埋弧焊焊接具有X型坡口的卷筒外纵缝的焊缝融合图；

图7为本发明的采用埋弧焊焊接具有X型坡口的卷筒内纵缝的焊缝融合图；

图8为本发明的异步焊接设备的正视图；

图9为本发明的图8的右视图；

图10为本发明的图8的俯视图；

图中，1、移动台车；2、立柱；3、横梁；4、氩弧焊焊枪；5、埋弧焊焊枪；6、第一横向电机；7、第二横向电机；8、电磁控制装置；9、滚轮架；10、台车轨道；1101、第一滑块；1102、第二滑块；12、第一送丝机构；13、第二送丝机构；14、第一焊接工位；15、第二焊接工位；16、圆筒；1601、外侧；1602、内侧；17、V型坡口。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种圆筒焊缝焊接工艺方法，包括单面焊双面成型的焊接方法，具体如下：

1）对板材进行切割下料，得到卷筒用的板体；

2）将所述板体两纵向端面的外侧加工出倒角；

将板体卷制成卷筒后，板体的外侧与卷筒的外侧对应，板体的纵向与卷筒的纵向对应，卷筒的纵向即为卷筒的轴向。所述倒角角度为25°～30°，在本实施例中，所述倒角角度为25°。

3）将板体卷制成卷筒；

4）组对，将所述卷筒两纵向端面对接后，在所述卷筒的外壁上形成一条V型坡口17或Y型坡口，所述V型坡口17的底部无间隙对接，所述Y型坡口底部的钝边无间隙对接；

5）实施定位焊接，首先通过氩弧焊焊枪4对V型坡口17或Y型坡口进行全熔透打底焊，然后通过埋弧焊焊枪5在打底焊的基础上进行填焊；

在步骤5）中，所述氩弧焊焊枪4上设有用于使氩弧焊的电弧能量集中、增加焊接熔深的电磁控制装置8。所述电磁控制装置8为在电弧中间的外侧加上的可以调节大小的纵向电磁场，通过电磁力把电弧稳定在中间，有了电磁稳定，电弧就不会向外发散，能够使电弧的能量集中，从而增加焊接熔深。通过电磁控制装置8还能控制焊接熔深的深度，从而能够控制圆筒内侧隆起高度，在本实施例中，圆筒内侧隆起的高度大约为2mm,满足工艺要求。

步骤5）中，如图8-图10所示，采用异步焊接设备，所述异步焊接设备包括移动台车1和安装在所述移动台车1上的十字型支架，所述移动台车1安装在台车轨道10上，所述十字型支架包括立柱2和横梁3，所述氩弧焊焊枪4和埋弧焊焊枪5均以能够沿所述横梁3往复移动的方式安装在所述横梁3上，且所述横梁3能够沿所述立柱2上下移动。

更具体的，所述氩弧焊焊枪4通过第一滑块1101安装在所述横梁3上，由第一横向电机6带动所述氩弧焊焊枪4沿所述横梁3往复移动，所述埋弧焊焊枪5通过第二滑块1102安装在所述横梁3上，由第二横向电机7带动所述埋弧焊焊枪5沿所述横梁3往复移动，所述异步焊接设备还包括焊接工位、第一送丝机构12和第二送丝机构13，所述焊接工位上设有用于承托待焊接圆筒16的滚轮架9及安装在所述滚轮架9上的滚轮，所述第一送丝机构12用于为所述氩弧焊焊枪4提供焊丝，所述第二送丝机构13用于为所述埋弧焊焊枪5提供焊丝。在本实施例中，所述异步焊接设备包括第一焊接工位14和第二焊接工位15，当其中一个工位上的焊接工作完成后，将台车从已焊接完毕的工位移动至另一工位继续进行焊接工作，焊接过程与焊接辅助过程在两个工位上同时进行、交替完成焊接及焊接辅助工作，两工位交替工作，提高设备利用率及作业效率。

步骤5）中，所述埋弧焊焊枪5往复焊接多次直至V型坡口17表面平整。

步骤2）中，所述倒角角度为25°～30°。

当所述坡口为Y型坡口时，所述Y型坡口底部钝边的长度为4mm～6mm。

所述板体的厚度为6mm～14mm。

一种圆筒焊缝焊接工艺方法，包括双面焊接方法，具体如下：

1）对板材进行切割下料，得到卷筒用的板体；

2）将所述板体的两纵向端面的外侧及内侧均加工出倒角；

将板体卷制成卷筒后，板体的外侧与卷筒的外侧对应，板体的内侧与卷筒的内侧对应，板体的纵向与卷筒的纵向对应，卷筒的纵向即为卷筒的轴向。所述倒角角度为25°～30°，在本实施例中，所述倒角角度为25°。

3）将板体卷制成卷筒；

4）组对，将所述卷筒两纵向端面对接后，在所述卷筒上形成中间有钝边或无钝边X型坡口；

在板体的外侧1601和内侧1602加工倒角时，如果外侧倒角与内侧倒角之间没有钝边，将所述卷筒两纵向端面对接后，形成无钝边的X型坡口；而如果外侧倒角与内侧倒角留有钝边，将所述卷筒两纵向端面对接时两侧的钝边平面接触，也即形成带有钝边的X型坡口。如图3所示为带有钝边的X型坡口，所述板体的厚度为δ，钝边的宽度为6mm，则外侧1601和内壁上的V型坡口17的深度均为（δ-6）/2。

5）实施定位焊接，先通过氩弧焊焊枪4对X型坡口的外侧坡口进行熔透打底焊，然后通过埋弧焊焊枪5对X型坡口的外侧坡口在打底焊的基础上进行填焊；

6）将卷筒旋转180度，通过埋弧焊焊枪5对X型坡口的内侧坡口进行填焊；

在步骤5）和步骤6）中，所述氩弧焊焊枪4上设有用于使氩弧焊的电弧能量集中、增加焊接熔深的电磁控制装置8。

步骤5）X型坡口的外侧坡口的熔透打底焊与步骤6）X型坡口的内侧坡口的填焊具有熔透交集。

步骤5）中，采用异步焊接设备，所述异步焊接设备包括移动台车1和安装在所述移动台车1上的十字型支架，所述十字型支架包括立柱2和横梁3，所述氩弧焊焊枪4和埋弧焊焊枪5均以能够沿所述横梁3往复移动的方式安装在所述横梁3上，且所述横梁3能够沿所述立柱2上下移动。

在本实施例中，针对不同的材质及板厚选择坡口形式及焊接方法。当圆筒16为碳钢、低合金钢、低温钢的薄板时，选择V型坡口17或Y型坡口的氩弧焊加埋弧焊的单面焊接方法，当圆筒16为碳钢、低合金钢、低温钢或不锈钢材质的厚板时，则根据板厚选择X型坡口的氩弧焊加埋弧焊的双面焊接方法。

一般的，对于板厚6mm≤δ≤14mm的圆筒16，采用在卷筒的外壁上开V型坡口17的氩弧焊加埋弧焊的单面焊双面成型焊接方法；对于板厚14mm＜δ≤20mm的圆筒16，采用在卷筒上开X型坡口的氩弧焊加埋弧焊的双面焊接方法。

焊接前，首先将圆筒16放置至异步焊接设备的滚轮架9，根据圆筒16长度调整滚轮架9之间的距离使得圆筒16放上后两端伸出一段长度，大概为200mm～300mm，以避免设备机头与圆筒16相撞并保证圆筒16摆放、转动平稳，操作滚轮架9转动至焊缝朝上。

焊接时根据不同的坡口形式及焊接进行外纵缝单面焊双面成型焊接或双面焊接。焊接采用不同的方法时，焊枪模式及操作要求不同。具体如下：

如图1-2所示，采用氩弧焊加埋弧焊的单面焊接方法焊接外壁上开V型坡口17的圆筒16时，将氩弧焊焊枪4移至引弧板中心位置，启动焊接程序，氩弧焊焊枪4首先行走一段距离，例如400mm，而后埋弧焊焊枪5启动，实现双枪同时自动焊接，到达设定位置后氩弧焊焊枪4先熄弧，埋弧焊焊枪5继续焊接至相同位置后熄弧，实现单面焊双面成型，焊接前如图1所示，焊接后如图2所示；

如图4和5所示，采用氩弧焊加埋弧焊的双面焊接方法焊接具有X型坡口的卷筒时，首先焊接外纵缝，启动焊接程序，氩弧焊焊枪4首先行走一段距离，例如400mm，而后埋弧焊焊枪5启动，实现双枪同时自动焊接，到达设定位置后氩弧焊焊枪4先熄弧，埋弧焊焊枪5继续焊接至相同位置后熄弧；外纵缝焊接完毕后焊接内纵缝，滚轮架9转动带动圆筒16旋转180°，同时焊接设备自动缩回、下降并伸入至圆筒16内的内纵缝焊接位置，此时只需要启动埋弧焊焊枪5，进行单枪埋弧焊焊接，到达设定位置后熄弧，整条焊缝焊接完毕。其中，外纵缝为X型坡口的外侧坡口，内纵缝为X型坡口的内侧坡口。

如图6和7所示，也可以采用埋弧焊双面焊接方法焊接开X型坡口的卷筒。将埋弧焊焊枪5移至引弧板中心位置，启动焊接程序，埋弧焊焊枪5启动，到达设定位置后焊枪熄弧，外纵缝焊接完毕后焊接内纵缝，通过滚轮架9转动带动圆筒16旋转180°，同时焊接设备自动缩回并下降至内纵缝焊接位置，启动埋弧焊焊枪5，进行单枪埋弧焊焊接。焊接完毕后，整条焊缝焊接完毕。

另外，需要特别说明的是，当所述圆筒16为小口径圆筒时，由于筒径较小，普通十字臂、焊接小车等设备无法进入内部施焊，无论板材的薄厚均可在所述板体上开V型坡口17或Y型坡口，采用单面焊双面成型的焊接方法，一般直径小于386mm的圆筒16为小口径圆筒；当所述圆筒16为大口径圆筒时，可以根据不同的材质及板厚选择坡口形式及焊接方法，一般直径大于386mm的圆筒16为大口径圆筒。

本方法实现了碳钢、不锈钢或低温钢的圆筒16纵缝自动化焊接，根据圆筒16纵缝母材材质选定对应的焊接工艺，解决了无间隙单面焊双面难以成型问题、降低了圆筒16纵缝组对难度，本发明取消了双面埋弧焊接时的气刨清根，改善车间作业环境、保证焊接质量、提高制造效率，采用双工位同时作业模式，实现圆筒16纵缝的高效、自动焊接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆筒焊缝焊接工艺方法，包括单面焊双面成型的焊接方法，其特征在于，具体如下：

1）对板材进行切割下料，得到卷筒用的板体；

2）将所述板体两纵向端面的外侧加工出倒角；

3）将板体卷制成卷筒；

4）组对，将所述卷筒两纵向端面对接后，在所述卷筒的外壁形成一条V型坡口（17）或Y型坡口，所述V型坡口（17）的底部无间隙对接，所述Y型坡口底部的钝边无间隙对接；

5）实施定位焊接，首先通过氩弧焊焊枪（4）对V型坡口（17）或Y型坡口进行全熔透打底焊，然后通过埋弧焊焊枪（5）在打底焊的基础上进行填焊；

在步骤5）中，所述氩弧焊焊枪（4）上设有用于使氩弧焊的电弧能量集中、增加焊接熔深的电磁控制装置（8）。

2.根据权利要求1所述的圆筒焊缝焊接工艺方法，其特征在于，步骤5）中，采用异步焊接设备，所述异步焊接设备包括移动台车（1）和安装在所述移动台车（1）上的十字型支架，所述十字型支架包括立柱（2）和横梁（3），所述氩弧焊焊枪（4）和埋弧焊焊枪（5）均以能够沿所述横梁（3）往复移动的方式安装在所述横梁（3）上，且所述横梁（3）能够沿所述立柱（2）上下移动。

3.根据权利要求1所述的圆筒焊缝焊接工艺方法，其特征在于，步骤5）中，所述埋弧焊焊枪（5）往复焊接多次直至V型坡口（17）表面平整。

4.根据权利要求1所述的圆筒焊缝焊接工艺方法，其特征在于，步骤2）中，所述倒角角度为25°～30°。

5.根据权利要求1所述的圆筒焊缝焊接工艺方法，其特征在于，所述Y型坡口底部的钝边的长度为4mm～6mm。

6.根据权利要求1所述的圆筒焊缝焊接工艺方法，其特征在于,所述板体的厚度为6mm～14mm。

7.根据权利要求2所述的圆筒焊缝焊接工艺方法，其特征在于，所述异步焊接设备还包括焊接工位，所述焊接工位上设有用于承托待焊接圆筒（16）的滚轮架（9）及安装在所述滚轮架（9）上的滚轮。

8.一种圆筒焊缝焊接工艺方法，包括双面焊接方法，其特征在于，具体如下：

1）对板材进行切割下料，得到卷筒用的板体；

2）将所述板体的两纵向端面的外侧及内侧均加工出倒角；

3）将板体卷制成卷筒；

4）组对，将所述卷筒两纵向端面对接后，在所述卷筒上形成中间有钝边或无钝边的X型坡口；

5）实施定位焊接，通过氩弧焊焊枪（4）对X型坡口的外侧坡口进行熔透打底焊，然后通过埋弧焊焊枪（5）对X型坡口的外侧坡口在打底焊的基础上进行填焊；

6）将卷筒旋转180度，通过埋弧焊焊枪（5）对X型坡口的内侧坡口进行填焊；

在步骤5）和步骤6）中，所述氩弧焊焊枪（4）上设有用于使氩弧焊的电弧能量集中、增加焊接熔深的电磁控制装置（8）。

9.根据权利要求8所述的圆筒焊缝焊接工艺方法，其特征在于，步骤5）X型坡口的外侧坡口的熔透打底焊与步骤6）X型坡口的内侧坡口的填焊具有熔透交集。

10.根据权利要求8或9所述的圆筒焊缝焊接工艺方法，其特征在于，步骤5）中，采用异步焊接设备，所述异步焊接设备包括移动台车（1）和安装在所述移动台车（1）上的十字型支架，所述十字型支架包括立柱（2）和横梁（3），所述氩弧焊焊枪（4）和埋弧焊焊枪（5）均以能够沿所述横梁（3）往复移动的方式安装在所述横梁（3）上，且所述横梁（3）能够沿所述立柱（2）上下移动。

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