CN116551123A - 一种中厚板焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接工艺的技术领域，公开了一种中厚板焊接方法，包括如下步骤：坡口预制步骤：将板材的待焊部位加工形成X型或K型的坡口；打底焊步骤：在所述板材正面和背面的所述坡口内分别进行打底焊，并形成预设的焊缝厚度；熔透焊根步骤：在所述板材正面和/或背面的所述坡口内进行熔透填充焊，使得打底焊的焊缝根部能够全熔透；以及填充焊缝步骤：在所述板材正面和背面的所述坡口内进行填充焊，直至焊缝填满；本发明的一种中厚板焊接方法，无需进行碳弧气刨清根、打磨的操作，能够降低焊接变形的控制难度，简化施工工序，减少焊接工作量，进而有效提高施工效率。

Description

一种中厚板焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接工艺的技术领域，特别是一种中厚板焊接方法。

背景技术

当板材要求全熔透焊接时，目前通常采用气保焊和埋弧焊的组合工艺，首先正面气保焊打底，埋弧自动焊填充、盖面，然后背面碳弧气刨清根、砂轮机打磨后，再次使用气保焊打底，最后再用埋弧自动焊进行填充、盖面焊接。针对中厚板材时，特别是板材厚度大于25mm时，无法避免清根操作，需要在焊接反面焊缝之前，清理焊接坡口直至见到正面焊缝为止，存在焊接变形控制难度大、焊接工作量大、工序繁多、效率低下等问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对相关技术中对中厚板材全熔透的焊接工艺，需要进行碳弧气刨清根、打磨的操作，存在焊接变形控制难度大、焊接工作量大以及效率低下的问题，提供一种中厚板焊接方法，无需进行碳弧气刨清根、打磨的操作，能够降低焊接变形的控制难度，简化施工工序，减少焊接工作量，进而有效提高施工效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种中厚板焊接方法，包括如下步骤：坡口预制步骤：将板材的待焊部位加工形成X型或K型的坡口；打底焊步骤：在所述板材正面和背面的所述坡口内分别进行打底焊，并形成预设的焊缝厚度；熔透焊根步骤：在所述板材正面和/或背面的所述坡口内进行熔透填充焊，使得打底焊的焊缝根部能够全熔透；以及，填充焊缝步骤：在所述板材正面和背面的所述坡口内进行填充焊，直至焊缝填满。

在一些可选的实施方式中，在所述坡口预制步骤中，所述坡口不留钝边，在所述打底焊步骤中，所述板材正面和背面的所述焊缝厚度为3mm～4mm。

在一些可选的实施方式中，在所述打底焊步骤中，采用CO₂气保焊在所述板材正面和背面的所述坡口内各进行一道打底焊，所述打底焊使用的焊丝直径为1.2mm，电流为250A～280A，电压为30V～33V，焊接速度为440mm/min～460mm/min。

在一些可选的实施方式中，在所述熔透焊根步骤中，采用埋弧焊在所述板材正面和背面的所述坡口内各进行一道熔透填充焊。

在一些可选的实施方式中，在所述熔透焊根步骤中，在所述板材的正面进行所述熔透填充焊时，使用的埋弧焊丝直径为4mm，电流为710A～730A，电压为28V～32V，焊接速度为600mm/min～620mm/min。

在一些可选的实施方式中，在所述熔透焊根步骤中，在所述板材的背面进行所述熔透填充焊时，使用的埋弧焊丝直径为4mm，电流为810A～830A，电压为28V～32V，焊接速度为600mm/min～620mm/min。

在一些可选的实施方式中，在所述坡口预制步骤中，所述板材的待焊部位为T型接头，将所述板材的待焊部位加工形成K型的所述坡口，且所述板材正面和背面的所述坡口的角度为45度～55度。

在一些可选的实施方式中，在所述坡口预制步骤中，所述板材正面和背面的所述坡口相互对称。

在一些可选的实施方式中，所述板材焊接接头处的组装间隙为0mm～2mm。

在一些可选的实施方式中，在所述填充焊缝步骤中，采用埋弧焊填满所述坡口，电流为620A～700A，电压为32V～34V，焊接速度为480mm/min～500mm/min，焊缝的焊脚尺寸为5mm～7mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的一种中厚板焊接方法，通过在板材两侧的坡口进行打底焊，将X型或K型的坡口转化为双U型坡口，能够在进行熔透焊根前消除组装间隙，利于保证熔透的焊接效果，通过打底焊提供的熔透余量，在进行熔透焊根的操作后，能够直接进行填充焊缝的步骤，无需进行碳弧气刨清根、打磨的操作，既能满足中厚板材接头全熔透的焊接要求，又能简化施工工序，减少焊材使用量，有效降低焊接变形的控制难度以及施工制造成本，且无需进行碳弧清刨的人工操作后，减少了残渣的产生，保护工业环境，同时也为实现全自动的机器人焊接提供可行性，从而实现更高精度、更高质量的焊接作业。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例所述中厚板焊接方法的流程图；

图2是实施例所述工字梁的坡口示意图；

图3是实施例所述翼板和所述腹板的坡口示意图；

图4是实施例所述打底焊焊缝的示意图；

图5是实施例所述坡口填满焊缝的结构示意图；

图中标记：110-腹板，120-翼板，130-坡口，140-打底焊焊缝，150-正面填充焊缝，160-反面填充焊缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

下面结合附图并参考具体实施例描述本申请：

实施例

组合钢板梁具有大跨度、高效施工等特性，应用非常广泛，其中钢板梁翼板与腹板连接处T型接头的焊缝极为关键，通常要求全熔透焊接，传统的焊接方法采用CO₂气保焊和埋弧焊组合工艺，即正面采用CO₂气保焊打底，埋弧自动焊填充、盖面，背面碳弧气刨清根、砂轮机打磨后，再次使用CO₂气保焊打底，然后再用埋弧自动焊进行填充、盖面焊接，整个焊接流程存在焊接工作量大、焊接工序繁琐，焊接变形量大等问题；

当T型接头的腹板板厚较薄(一般16mm以下)时，采用双面埋弧焊技术，可实现免清根熔透焊接，但当T型接头的腹板板厚较厚时，特别是腹板板厚大于25mm时，采用双面埋弧焊技术无法实现免清根熔透焊接，故厚板T型接头全熔透焊接是行业中的一大技术难题，为了满足钢板梁厚板T型接头全熔透焊接要求，同时又能简化施工工序，有效降低焊接变形控制难度、减少工序以及施工制造成本。如图1所示，本发明提供的一种中厚板焊接方法，包括如下步骤：

坡口预制步骤：将板材的待焊部位加工形成X型或K型的坡口；

打底焊步骤：在板材正面和背面的坡口内分别进行打底焊，并形成预设的焊缝厚度；

熔透焊根步骤：在板材正面和/或背面的坡口内进行熔透填充焊，使得打底焊的焊缝根部能够全熔透；以及，

填充焊缝步骤：在板材正面和背面的坡口内进行填充焊，直至焊缝填满。

在坡口预制步骤中，中厚板是板材厚度在16mm以上的板材，加工形成X型或K型的坡口主要依据板材焊接接头的类型进行选择，例如焊接接头的类型为对接接头时，根据焊接要求可以将两块板材的待焊部位均进行加工，并组合形成X型坡口，若焊接接头的类型为T型接头时，根据焊接要求可以将其中一块板材的待焊部位进行坡口加工即可，然后与另一块板材拼接组合形成K型坡口。

在打底焊步骤中，打底焊的焊缝厚度主要考虑两个因素，一是若焊缝厚度过小，在后续的熔透填充焊则易于发生烧穿现象，进而无法避免进行清根和打磨的工序，二是若焊缝厚度过大，则在进行熔透填充焊时难以实现熔透，进而易于导致焊缝根部未焊透缺陷，无法保证全熔透的加工需求；形成预设的焊缝厚度主要根据熔透焊根步骤的方法选择来确定板材正面和背面的焊缝厚度，若采用在板材的正面或背面只进行一道熔透填充焊就实现全熔透，则施工熔透填充焊一面的打底焊的焊缝厚度不能过大，而另一面打底焊的焊缝厚度不能过小。

例如在打底焊步骤中，将板材正面和背面两侧打底焊预设的焊缝厚度可以设计为不同大小的焊缝厚度，将正面的焊缝厚度控制在熔透填充焊易于熔透的程度，背面的焊缝厚度可以大于正面的焊缝厚度，即背面的焊缝厚度可以不考虑在熔透填充焊步骤中是否易于熔透，而是保证熔透填充焊不易烧穿，使得进行熔透焊根步骤时，可以选择只在正面进行一道熔透填充焊，控制正面第一道熔透填充焊的熔深就能够将正面打底焊的焊缝完全熔掉，由于焊接过程存在不稳定性，设计背面的打底焊能够提供较大的余量，使正面第一道熔透填充焊能够熔深到背面打底焊的焊缝里，且又不易于将背面的打底焊的焊缝直接烧穿，进而在实际工况中，为实现打底焊的焊缝根部全熔透提供较大的可行性和实用性。

本发明的一种中厚板焊接方法，通过在板材两侧的坡口进行打底焊，将X型或K型的坡口转化为双U型坡口，相较于直接将板材加工成U型坡口，能够在进行熔透填充焊之前消除组装间隙，利于保证熔透的焊接效果，进而无需在板材组装时要求零间隙的苛刻条件，尤其适用于大型工件的焊接组装，也避免了通过机加工开设U型坡口的高成本付出；通过打底焊提供的熔透余量，在进行熔透焊根的操作后，能够直接进行填充焊缝的步骤，无需进行碳弧气刨清根、打磨的操作，既能满足中厚板材接头全熔透的焊接要求，又能简化施工工序，有效降低焊接变形的控制难度以及施工制造成本，且无需进行碳弧清刨的人工操作后，减少了残渣的产生，保护工业环境，同时也为实现全自动的机器人焊接提供可行性，从而实现更高精度、更高质量的焊接作业。

在一些可选的实施方式中，在坡口预制步骤中，坡口不留钝边，在打底焊步骤中，板材正面和背面的焊缝厚度为3mm～4mm。

坡口预制步骤中，预制坡口时不留钝边，不仅降低了坡口加工的难度和要求，而且形成没有钝边的X型或K型坡口，能够有效减少熔透焊根所需的深度，则熔透焊接的所需电流更小，更易于精细控制焊接时的熔透深度，从而更好的实现不清根、打磨的目的，且板材正面和背面的坡口之间通过打底焊形成有一定的厚度，达到近似钝边的效果，故板材在加工时不留有钝边，也便于控制焊缝厚度的预设值；

在打底焊步骤中，正面和背面打底焊的焊缝厚度均控制在3mm～4mm，控制打底焊的焊缝厚度在这个区间，是兼顾考虑了焊缝厚度过小与过大的影响，能够使后续的熔透填充焊不易于发生烧穿现象，也不难以实现熔透效果，且将正面和背面的焊缝厚度设计为大致相当，尤其适于在熔透焊根步骤中，选择通过正面和背面均进行一道熔透填充焊的方法，经过两道熔透填充焊的组合，来保证打底焊的焊缝根部全熔透，相较于在熔透焊根步骤中选择仅通过一道熔透填充焊实现全熔透的方法，后一道的熔透填充焊能够补充消除前一道熔透填充焊基于操作失误产生的未焊透缺陷，降低了对熔透填充焊的施工难度要求，能够进一步提高工艺的可行性和实用性，保证在整个板材长度上，焊缝根部全熔透的稳定性，更加利于在车间内加工适用。

在一些可选的实施方式中，在打底焊步骤中，采用CO₂气保焊在板材正面和背面的坡口内各进行一道打底焊，打底焊使用的焊丝直径为1.2mm，电流为250A～280A，电压为30V～33V，焊接速度为440mm/min～460mm/min；该参数下进行的CO₂气保焊能够较好的形成3mm～4mm的焊缝厚度，采用CO₂气保焊作为打底焊的焊接方式，焊接效率高，性价比好。

在一些可选的实施方式中，在熔透焊根步骤中，采用埋弧焊在板材正面和背面的坡口内各进行一道熔透填充焊；若熔透焊根的步骤仅通过一道熔透填充焊完成，则对该步骤的焊接精度要求较高，难度较大，而人工操作难免出现失误或者较大的误差，在板材正面和背面的焊缝厚度均控制在3mm～4mm时，选择通过两道熔透填充焊组合完成熔透焊根的步骤，能够有效降低焊接难度，增大全熔透焊接工作的容错率，采用埋弧焊作为熔透填充焊的焊接方式，尤其适用于中厚板材，焊接效率高。

在一些可选的实施方式中，在熔透焊根步骤中，在板材的正面进行熔透填充焊时，使用的埋弧焊丝直径为4mm，电流为710A～730A，电压为28V～32V，焊接速度为600mm/min～620mm/min；针对打底焊预设的3mm～4mm焊缝厚度，使用该参数在板材的一侧坡口处进行一道埋弧焊，既能使得埋弧焊能够熔透一侧打底焊的焊缝，易于实现对焊根的全熔透，又能保证熔透的深度不至于烧穿另一侧打底焊的焊缝，即该道埋弧焊的熔透深度大约控制在4mm～6mm之间。

在一些可选的实施方式中，在熔透焊根步骤中，在板材的背面进行熔透填充焊时，使用的埋弧焊丝直径为4mm，电流为810A～830A，电压为28V～32V，焊接速度为600mm/min～620mm/min；针对在板材一面的坡口处，经过一道埋弧焊形成的焊缝后，在板材另一相对面的坡口处，使用该参数也进行一道埋弧焊，且选择的电流比上一道埋弧焊的电流更大，熔透深度更深，能够进一步保证焊根的全熔透，极大地提高工艺操作的可靠性，且由于上一道埋弧焊在板材的一面增加了熔透余量，确保了该参数下，在板材另一面的坡口处进行一道埋弧焊熔透焊根时，不会将上一道埋弧焊烧穿，从而不会产生清根操作。

在一些可选的实施方式中，在坡口预制步骤中，板材的待焊部位为T型接头，将板材的待焊部位加工形成K型的坡口，且板材正面和背面的坡口的角度为45度～55度；针对T型接头的焊接，控制坡口角度在45度～55度范围，能够有效保证中厚板材的焊缝强度。

在一些可选的实施方式中，在坡口预制步骤中，板材正面和背面的坡口相互对称；相较于加工形成不对称的坡口或者进行错位焊接形成不对称的坡口，针对正面和背面相互对称的坡口，进行焊接时能够有效减少焊接变形的产生，降低焊接变形的控制难度。

在一些可选的实施方式中，板材焊接接头处的组装间隙为0mm～2mm；由于通过在板材正面和反面的一道打底焊后，会形成双U型坡口，且进行熔透焊根时不存在组装间隙，故在打底焊之前，板材的组装间隙就依据常规的工艺需求即可，不需要额外要求板材组装时达到零间隙，保证了熔透焊接的效果，同时降低了组装的难度需求，易于实现大型工件的焊接，因为大型工件的组装间隙是难以避免的，进而大型工件的熔透焊接，难以消除的组装间隙十分影响熔透焊接的效果，带来清根、打磨的麻烦。

在一些可选的实施方式中，在填充焊缝步骤中，采用埋弧焊填满坡口，电流为620A～700A，电压为32V～34V，焊接速度为480mm/min～500mm/min，焊缝的焊脚尺寸为5mm～7mm；该参数下进行的埋弧焊能够高效率的完成焊缝的填满以及盖面工序。

在一些实际工况中，例如针对由两侧翼板120与中间腹板110形成工字梁的焊接工作，如图2和图3所示，腹板110的厚度为36mm，腹板110和翼板120组成T型接头，实施本发明的焊接工艺时，在多种可选方案中进行了一定的组合，具体是：

进行坡口130预制步骤：将腹板110的正面和背面均加工形成45度坡口130且相互对称，不留钝边，与翼板120组合的间隙控制在0～2mm，形成K型坡口130；

进行打底焊步骤：如图4所示，针对腹板110正面和背面的坡口130，在胎架上采用CO₂气保焊依次进行打底焊接操作，药芯焊丝直径为1.2mm，焊接电流为250A～280A，电弧电压为30V～33V，焊接速度可以为440mm/min～460mm/min，例如选择440mm/min或者460mm/min的焊接速度，尤其可以选择450mm/min的焊接速度进行操作，具有良好的焊接效果，操作时控制两侧打底焊焊缝140的厚度均为3mm～4mm。

进行熔透焊根步骤：在翻转胎架上采用埋弧自动焊工艺，如图5所示，在板材正面和反面的打底焊焊缝140上依次各进行一道熔透填充焊，采用埋弧焊，且埋弧焊丝的直径为4.0mm，先对一侧打底焊焊缝140焊接时，焊接电流为710A～730A，电弧电压为28V～32V，焊接速度为600mm/min～620mm/min，形成一道正面填充焊缝150，后在另一侧打底焊焊缝140上焊接时，焊接电流为810A～830A，电弧电压为28V～32V，焊接速度为600mm/min～620mm/min，形成一道反面填充焊缝160，经过在两侧打底焊焊缝140上各进行一道熔透填充焊，保证焊缝根部全熔透，同时不发生烧穿现象且脱渣性能良好；

进行填充焊缝步骤：根据腹板110的厚度，腹板110正面和背面的焊缝均采用五层七道焊，采用埋弧焊工艺继续进行剩余焊道的填充以及最后的盖面焊接，焊接电流为620A～700A，电弧电压为32V～34V，焊接速度为480mm/min～500mm/min，焊接完成后，保证焊缝的焊脚尺寸为5mm～7mm。

同理，该工艺的原理和步骤同样适用于中厚板材一些其它的焊接接头类型，应用时可根据实际工况适应性选择坡口类型，调整坡口角度以及填满焊缝时焊道的次数和层数。

一个或者多个实施方式提供的一种中厚板焊接方法，创造性地用CO₂气保焊进行坡口130预制打底，将K型坡口130转化为了双U型坡口130，且正面和背面两个坡口130相互对称，两个坡口130之间通过打底焊重新形成有一定的钝边，相较于直接将板材加工成U型坡口130，能够在进行熔透的填充焊之前消除组装间隙，利于保证熔透的焊接效果，进而无需在板材组装时要求零间隙的苛刻条件，尤其适用于大型工件的焊接组装，也避免了通过机加工开设U型坡口130的高成本付出，有效减少了焊接材料的消耗，降低了加工成本；

进一步的，通过埋弧自动焊对两侧坡口130各进行一道较高电流的填充焊，能够有效且稳定的保证焊缝熔透效果，在实际工况中可行性高，操作可靠性好，对焊接质量起到良好的保障，整个工艺流程利用埋弧焊电弧热能集中、熔深大的特点，实现取消了现有的碳弧清刨和打磨工序，既能满足中厚板材接头全熔透的焊接要求，又能简化施工工序，有效降低焊接变形控制难度以及施工制造成本，且无需进行碳弧清刨的人工操作后，减少了残渣的产生，保护工业环境，同时也利于对接科技前沿，为实现全自动的机器人焊接提供可行性，从而实现更高精度、更高质量的焊接作业，具有广阔的应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

Claims (10)

1.一种中厚板焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

坡口预制步骤：将板材的待焊部位加工形成X型或K型的坡口；

打底焊步骤：在所述板材正面和背面的所述坡口内分别进行打底焊，并形成预设的焊缝厚度；

熔透焊根步骤：在所述板材正面和/或背面的所述坡口内进行熔透填充焊，使得打底焊的焊缝根部能够全熔透；以及，

填充焊缝步骤：在所述板材正面和背面的所述坡口内进行填充焊，直至焊缝填满。

2.根据权利要求1所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在所述坡口预制步骤中，所述坡口不留钝边，在所述打底焊步骤中，所述板材正面和背面的所述焊缝厚度为3mm～4mm。

3.根据权利要求2所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在所述打底焊步骤中，采用CO₂气保焊在所述板材正面和背面的所述坡口内各进行一道打底焊，所述打底焊使用的焊丝直径为1.2mm，电流为250A～280A，电压为30V～33V，焊接速度为440mm/min～460mm/min。

4.根据权利要求2所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在所述熔透焊根步骤中，采用埋弧焊在所述板材正面和背面的所述坡口内各进行一道熔透填充焊。

5.根据权利要求4所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在所述熔透焊根步骤中，在所述板材的正面进行所述熔透填充焊时，使用的埋弧焊丝直径为4mm，电流为710A～730A，电压为28V～32V，焊接速度为600mm/min～620mm/min。

6.根据权利要求5所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在所述熔透焊根步骤中，在所述板材的背面进行所述熔透填充焊时，使用的埋弧焊丝直径为4mm，电流为810A～830A，电压为28V～32V，焊接速度为600mm/min～620mm/min。

7.根据权利要求1所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在所述坡口预制步骤中，所述板材的待焊部位为T型接头，将所述板材的待焊部位加工形成K型的所述坡口，且所述板材正面和背面的所述坡口的角度为45度～55度。

8.根据权利要求1所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在所述坡口预制步骤中，所述板材正面和背面的所述坡口相互对称。

9.根据权利要求1所述的中厚板焊接方法，其特征在于，所述板材焊接接头处的组装间隙为0mm～2mm。

10.根据权利要求1～9任一所述的中厚板焊接方法，其特征在于，在所述填充焊缝步骤中，采用埋弧焊填满所述坡口，电流为620A～700A，电压为32V～34V，焊接速度为480mm/min～500mm/min，焊缝的焊脚尺寸为5mm～7mm。