CN117283184A - 一种厚板的坡口结构及立焊焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，公开了一种厚板的坡口结构及立焊焊接方法。厚板的坡口结构包括两个厚板，每个厚板的端部形成有单边坡口，两个厚板的单边坡口对称设置，两个厚板对接后，两个单边坡口形成焊接坡口；沿厚板的厚度方向，焊接坡口包括根部区域和填充区域，根部区域的坡口角度大于填充区域的坡口角度。根部区域的坡口角度稍大，能保证焊缝根部熔透及焊枪的可达性和操作性，填充区域的坡口角度适当减小，有利于减少焊接填充量和焊材消耗，提高焊接效率。本发明的立焊焊接方法通过对上述厚板的坡口结构进行焊接，在保证焊枪的可达性和操作性、保证熔透和焊接质量的前提下，有利于减少焊接工时和材料消耗。

Description

一种厚板的坡口结构及立焊焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种厚板的坡口结构及立焊焊接方法。

背景技术

厚板在集装箱船、海洋平台等船舶建造中应用广泛。为了保证接头质量，在焊接前需要把厚板接口处加工出所需形状，两个厚板对接后形成坡口。坡口设计主要是使电弧热源能到达焊缝根部，保证根部熔透。传统厚板的坡口形式，例如V形坡口，越接近盖面层其焊接道数越多，存在着焊接材料消耗大、连续焊接时间长、生产率低等问题。

因此，亟需提供一种厚板的坡口结构及立焊焊接方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厚板的坡口结构及立焊焊接方法，在保证坡口根部焊枪的可达性和操作性、保证熔透和焊接质量的前提下，适当减小坡口外侧角度，有利于减少焊接工时和材料消耗。

为达上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种厚板的坡口结构，包括两个厚板，每个所述厚板的端部形成有单边坡口，两个所述厚板的所述单边坡口对称设置，两个所述厚板对接后，两个所述单边坡口形成焊接坡口；

沿所述厚板的厚度方向，所述焊接坡口包括根部区域和填充区域，所述根部区域的坡口角度大于所述填充区域的坡口角度。

作为一种可选的方案，所述根部区域的坡口角度α为45°，所述填充区域的坡口角度β为35°。

作为一种可选的方案，所述根部区域的深度占所述厚板厚度的2/5，所述填充区域的深度占所述厚板厚度的3/5。

一种立焊焊接方法，用于焊接上述任一项所述的厚板的坡口结构，具体步骤包括：

步骤S1：对两个所述厚板加工形成单边坡口，并对所述单边坡口进行打磨；

步骤S2：将两个所述厚板相对间隔放置，使两者之间形成所述焊接坡口；

步骤S3：采用CO2气体保护焊单面向上立焊的方式对所述焊接坡口进行焊接，在所述根部区域焊接打底层，在所述填充区域焊接填充层，并在所述填充区域的最外层焊接盖面层。

作为一种可选的方案，在所述步骤S2中，两个所述厚板的根部间隙为6mm～8mm。

作为一种可选的方案，所述步骤S3中还包括：在焊接之前，在所述焊接坡口的背面垫上陶瓷衬垫。

作为一种可选的方案，在所述步骤S3中，焊接所述打底层时，焊接电流为160～180A，电弧电压为21～24V，CO2气体流量为15～20L/min。

作为一种可选的方案，在所述步骤S3中，焊接所述填充层和所述盖面层时，焊接电流为180～210A，电弧电压为22～25V，CO2气体流量为15～20L/min。

作为一种可选的方案，在所述步骤S3中，焊接所述打底层时，焊枪的焊丝朝下且所述焊枪与焊接方向之间的夹角γ1为10～30°；

焊接所述填充层和所述盖面层时，所述焊枪的焊丝朝上且所述焊枪与所述焊接方向之间的夹角γ2为10～30°。

作为一种可选的方案，在所述步骤S3中，焊接所述盖面层时，采用月牙形运条方法或者锯齿形运条方法。

本发明的有益效果为：

本发明提供的厚板的坡口结构，两个厚板对接后形成的焊接坡口包括根部区域和填充区域，根部区域的坡口角度大于填充区域的坡口角度。根部区域的坡口角度稍大，能保证焊缝根部熔透及焊枪的可达性和操作性，填充区域的坡口角度适当减小，有利于减少焊接填充量和焊材消耗，提高焊接效率。最终能在焊接坡口内形成熔合良好、正反面成型佳、内部无焊接缺陷的合格焊缝，具有降低成本、提高焊接效率的效果。

本发明提供的立焊焊接方法，通过对上述形式的厚板的坡口结构进行焊接，在保证焊枪的可达性和操作性、保证熔透和焊接质量的前提下，有利于减少焊接工时和材料消耗。

附图说明

为了更明显易懂的说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单介绍，下面描述的附图是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明实施例提供的厚板的坡口结构的示意图；

图2是本发明实施例提供的立焊焊接方法的具体流程图；

图3是本发明实施例提供的焊枪在第一种工作状态下的倾斜角度示意图；

图4是本发明实施例提供的焊枪在第二种工作状态下的倾斜角度示意图。

图中：

1、厚板；11、焊接坡口；111、根部区域；112、填充区域；2、陶质衬垫；3、焊枪；31、焊丝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供一种厚板的坡口结构，包括两个厚板1，每个厚板1的端部形成有单边坡口，两个厚板1的单边坡口对称设置，两个厚板1对接后，两个单边坡口形成焊接坡口11，沿厚板1的厚度方向，焊接坡口11包括根部区域111和填充区域112，根部区域111用于焊接打底层，填充区域112用于焊接填充层，填充区域112的最外层用于焊接盖面层，根部区域111的坡口角度大于填充区域112的坡口角度。

本实施例提供的厚板的坡口结构，根部区域111的坡口角度稍大，能保证焊缝根部熔透及焊枪3的可达性和操作性，以保证焊接质量，填充区域112的坡口角度适当减小，有利于减少焊接填充量和焊材消耗，最终能在焊接坡口11内形成熔合良好、正反面成型佳、内部无焊接缺陷的合格焊缝，具有降低成本、提高焊接效率的效果。

示例性地，参考图1，根部区域111的坡口角度α为45°，也即根部区域111的单边坡口角度为22.5°，填充区域112的坡口角度β为35°，也即填充区域112的单边坡口角度为17.5°。在此基础上，厚板1的厚度H为50mm，两个厚板1的厚度相同，根部区域111的深度占厚板1厚度的2/5，即根部区域111的深度为20mm，填充区域112的深度占厚板1厚度的3/5，即填充区域112的深度为30mm。

通过采用上述设置，使得根部区域111的坡口角度大于填充区域112的坡口角度，根部区域111的坡口角度稍大且深度稍浅，能保证焊缝根部熔透及焊枪3的可达性和操作性，以保证焊接质量，填充区域112的坡口角度适当减小且深度适当增大，有利于减少焊接填充量和焊材消耗，提高焊接效率。

本实施例还提供一种立焊焊接方法，用于焊接上述的厚板的坡口结构，该立焊焊接方法采用CO2气体保护焊单面向上立焊的方式，对50mm厚的两块厚板1进行焊接。如图2所示，该立焊焊接方法的具体步骤包括：

步骤S1：对两个厚板1加工形成单边坡口，并对单边坡口进行打磨；

步骤S2：将两个厚板1相对间隔放置，使两者之间形成焊接坡口11；

步骤S3：采用CO2气体保护焊单面向上立焊的方式对焊接坡口11进行焊接，在根部区域111焊接打底层，在填充区域112焊接填充层，并在填充区域112的最外层焊接盖面层。

需要说明的是，参考图1和图2，在步骤S1中，分别对两块厚板1进行切割，以形成所需要的单边坡口，该单边坡口的根部区域的坡口角度为22.5°，填充区域的坡口角度为17.5°，然后对单边坡口进行打磨，以清除待焊接处的铁锈、割渣、毛刺、油渍、污物等杂物，保证焊接质量。在步骤S2中，将两个厚板1相对间隔放置，预留出6mm～8mm的根部间隙L，并使两个单边坡口对接形成焊接坡口11，该焊接坡口11的根部区域111的坡口角度α为45°，根部区域111的深度为20mm，填充区域112的坡口角度β为35°，填充区域112的深度为30mm，且焊接坡口11不留钝边。在步骤S3中，先在根部区域111焊接打底层，再在填充区域112焊接填充层，最后在填充区域112的最外层(填充层表面)焊接盖面层，盖面层为焊缝的最外层，填充层位于打底层与盖面层之间，填充层和盖面层焊接时均采用分道焊接，具体的道数可根据焊接坡口11的宽度适应性选择，在此不做具体的限定。

本实施例提供的立焊焊接方法，通过对上述形式的厚板的坡口结构进行焊接，在保证焊缝根部熔透及焊枪3的可达性和操作性、保证焊接质量的前提下，有利于减少焊接工时和材料消耗，最终能在焊接坡口11内形成熔合良好、正反面成型佳、内部无焊接缺陷的合格焊缝，具有降低成本、提高焊接效率的效果。

进一步地，如图1所示，步骤S3中还包括：在焊接之前，在焊接坡口11的背面(两个厚板1的施焊面的背面)垫上陶质衬垫2，陶质衬垫2的作用是防止两个厚板1焊接后产生角变形。其次，两个厚板1沿焊接坡口11长度方向的两端还安装有与焊接坡口11形状一致的引熄弧板，以保证焊接质量。

表一示出了50mm厚的厚板1设置上述坡口结构时采用CO2气体保护焊单面向上立焊的焊接参数。

表一

	焊接电流(A)	电弧电压(V)	CO2气体流量(L/min)
				打底层	160～180	21～24	15～20
填充层和盖面层	180～210	22～25	15～20

根据表一所示，在步骤S3中，焊接打底层时，焊接电流为160～180A，电弧电压为21～24V，CO2气体流量为15～20L/min，焊接填充层和盖面层时，焊接电流为180～210A，电弧电压为22～25V，CO2气体流量为15～20L/min，以保证最终能获得熔合良好、正反面效果成型佳、内部无焊接缺陷的合格焊缝。

进一步地，在步骤S3中，如图3所示，焊接打底层时，焊枪3的焊丝31朝下且焊枪3与焊接方向之间的夹角γ1为10～30°，其中，焊接方向为由上到下，即图3中的X方向。示例性地，在焊枪3的焊丝31朝下的前提下，焊枪3与焊接方向之间的夹角γ1可以为10°、15°、20°、25°或者30°，通过将夹角γ1设置在上述范围内，能够避免焊枪3的焊丝31接触底部的陶质衬垫2造成焊接过程不稳定。

可以理解的是，打底层焊接时，若焊接速度过慢，则金属熔化量和焊厚增加，焊接电弧难以潜入焊接坡口11的根部，造成根部熔合不良和背面焊缝成型不佳，因此打底层焊接时需保持稳定的焊接手势和焊接速度，焊枪3与焊接方向之间的夹角γ1为10～30°，避免焊枪3的焊丝31接触底部的陶质衬垫2造成焊接过程不稳定。其次，打底层焊接时如果根部区域111的坡口夹角小且窄而不利于焊枪3喷嘴摆动或焊丝31伸长太长时，容易产生气孔缺陷，根据实际情况可采用锥形的喷嘴来减小喷嘴直径，以使焊枪3更容易抵进焊缝根部，取得更好的操作和气体保护效果。

如图4所示，在步骤S3中，焊接填充层和盖面层时，焊枪3的焊丝31朝上且焊枪3与焊接方向(X方向)之间的夹角γ2为10～30°，这样操作可利用电弧吹力托住熔化金属，防止熔化金属下淌。

在此基础上，在步骤S3中，焊接盖面层时，可以根据焊缝的实际厚度合理选用月牙形运条方法或者锯齿形运条方法。当需要增加焊缝厚度时可采用月牙形运条方法，反之可采用锯齿形运条方法。需要说明的是，在整个焊接过程中，为便于焊接时视线观察和便于右手操作，操作者的身体应处于焊缝的左侧，不要正对焊缝。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种厚板的坡口结构，其特征在于，包括两个厚板(1)，每个所述厚板(1)的端部形成有单边坡口，两个所述厚板(1)的所述单边坡口对称设置，两个所述厚板(1)对接后，两个所述单边坡口形成焊接坡口(11)；

沿所述厚板(1)的厚度方向，所述焊接坡口(11)包括根部区域(111)和填充区域(112)，所述根部区域(111)的坡口角度大于所述填充区域(112)的坡口角度。

2.根据权利要求1所述的厚板的坡口结构，其特征在于，所述根部区域(111)的坡口角度α为45°，所述填充区域(112)的坡口角度β为35°。

3.根据权利要求1所述的厚板的坡口结构，其特征在于，所述根部区域(111)的深度占所述厚板(1)厚度的2/5，所述填充区域(112)的深度占所述厚板(1)厚度的3/5。

4.一种立焊焊接方法，其特征在于，用于焊接如权利要求1～3任一项所述的厚板的坡口结构，具体步骤包括：

步骤S1：对两个所述厚板(1)加工形成单边坡口，并对所述单边坡口进行打磨；

步骤S2：将两个所述厚板(1)相对间隔放置，使两者之间形成所述焊接坡口(11)；

步骤S3：采用CO2气体保护焊单面向上立焊的方式对所述焊接坡口(11)进行焊接，在所述根部区域(111)焊接打底层，在所述填充区域(112)焊接填充层，并在所述填充区域(112)的最外层焊接盖面层。

5.根据权利要求4所述的立焊焊接方法，其特征在于，在所述步骤S2中，两个所述厚板(1)的根部间隙L为6mm～8mm。

6.根据权利要求4所述的立焊焊接方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：在焊接之前，在所述焊接坡口(11)的背面垫上陶质衬垫(2)。

7.根据权利要求4所述的立焊焊接方法，其特征在于，在所述步骤S3中，焊接所述打底层时，焊接电流为160～180A，电弧电压为21～24V，CO2气体流量为15～20L/min。

8.根据权利要求4所述的立焊焊接方法，其特征在于，在所述步骤S3中，焊接所述填充层和所述盖面层时，焊接电流为180～210A，电弧电压为22～25V，CO2气体流量为15～20L/min。

9.根据权利要求4所述的立焊焊接方法，其特征在于，在所述步骤S3中，焊接所述打底层时，焊枪(3)的焊丝(31)朝下且所述焊枪(3)与焊接方向之间的夹角γ1为10～30°；

焊接所述填充层和所述盖面层时，所述焊枪(3)的焊丝(31)朝上且所述焊枪(3)与所述焊接方向之间的夹角γ2为10～30°。

10.根据权利要求4所述的立焊焊接方法，其特征在于，在所述步骤S3中，焊接所述盖面层时，采用月牙形运条方法或者锯齿形运条方法。