CN118023667A - 一种高锰钢自动焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高锰钢自动焊接工艺，其通过将待焊接处设置成预设坡口，并在预设坡口的正面使用埋弧焊依次焊接多个焊道，以形成打底焊缝。同时对打底焊缝朝向所述预设坡口反面的一侧的端面进行碳刨清根和打磨，再使用埋弧焊在预设坡口的后面焊接多个焊道，并形成填充焊道。同时，分别控制埋弧焊机焊接打底焊缝和填充焊缝的输出电流、输出电压和焊接速度，从而保证焊缝的焊接效果，并减少焊接过程中烟尘的产生。

Description

一种高锰钢自动焊接工艺

技术领域

本发明涉及高锰钢焊接技术领域，特别涉及一种高锰钢自动焊接工艺。

背景技术

从2010年至今，随着船用LNG储罐的低温高锰钢(以下简称为高锰钢)的钢材、焊材和焊接工艺持续发展，同时高锰钢及其配套焊材相对其它耐低温合金材料成本更低，如9％Ni钢、不锈钢、殷瓦钢和铝合金等，从而使得高锰钢已经逐渐成为制造LNG储罐的主要原材料。

然而，由于高锰钢的锰合金质量百分比高达约25％，其焊接过程中的烟尘，尤其是锰尘含量也会相应增加，从而造成环境污染并对焊工的健康产生危害问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高锰钢自动焊接工艺，要降低高锰钢在焊接过程中的烟尘危害，并确保焊接效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高锰钢自动焊接工艺，用于将高锰钢板焊接成LNG罐体，所述高锰钢自动焊接工艺包括如下步骤：将待焊接的高锰钢板按照焊接需求进行拼接和固定，以使待焊接处形成预设坡口，并在所述预设坡口处形成正反面；所述预设坡口为所述高锰钢板在拼接前，对所述高锰钢板的对接端加工，以使得所述高锰钢板完成对接后，在对接处形成正反两面贯穿的坡口，其中正面的口径在朝向正面的方向上逐渐增大；采用埋弧焊机在所述预设坡口的正面上沿所述坡口依次层叠并焊接多个层叠的焊道，以形成打底焊缝；对所述打底焊缝朝向所述预设坡口反面的一侧的端面进行碳刨清根和打磨；采用所述埋弧焊机在所述预设坡口的后面上沿所述打底焊缝朝向所述预设坡口反面的一侧的端面依次层叠并焊接多个焊道，以形成填充焊缝；其中，所述埋弧焊机采用直流反接；在焊接所述打底焊缝时，所述埋弧焊机的输出电流为310-340A，所述埋弧焊机的输出电压为26-29V，所述埋弧焊机的焊接速度为51-68cm/min；在焊接所述填充焊缝时，所述埋弧焊机的输出电流为430-460A，所述埋弧焊机的输出电压为27-30V，所述埋弧焊机的焊接速度为38-51cm/min。

在本申请的一个实施例中，所述坡口采用横平焊且所述高锰钢板的厚度小于或等于18mm时，所述坡口的预设形状设置为“V”形坡口；所述坡口采用横平焊且所述高锰钢板的厚度大于18mm时，所述坡口的预设形状设置为“X”形坡口。

在本申请的一个实施例中，所述坡口的坡口夹角为45°-70°；所述坡口的钝边厚度为3-5mm；所述坡口的根部间隙为0-2mm。

在本申请的一个实施例中，所述待焊接处为角焊时，所述待焊接处的预设形状设置为“I”形坡口。

在本申请的一个实施例中，采用所述埋弧焊机在所述打底焊缝上焊接盖面焊缝。

在本申请的一个实施例中，在焊接盖面焊缝时，所述埋弧焊机的输出电流为430-460A，所述埋弧焊机的输出电压为27-30V，所述埋弧焊机的焊接速度为45-62cm/min。

在本申请的一个实施例中，所述埋弧焊机的干伸长度为30mm。

在本申请的一个实施例中，在焊接新的焊道时，道间温度小于或等于100℃。

在本申请的一个实施例中，在焊接前除去所述坡口处的湿气。

在本申请的一个实施例中，所述埋弧焊机安装在焊接滚轮架上，以使得所述焊接滚轮架能够带动所述埋弧焊机沿所述坡口移动，并使得所述埋弧焊机自动完成埋弧焊接。

由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：

本发明中，高锰钢自动焊接工艺通过将待焊接处设置成预设坡口，并在预设坡口的正面使用埋弧焊依次焊接多个焊道，以形成打底焊缝。同时对打底焊缝的朝向所述预设坡口反面的一侧的端面进行碳刨清根和打磨，再使用埋弧焊在预设坡口的后面焊接多个焊道，并形成填充焊道。同时，分别控制埋弧焊机焊接打底焊缝和填充焊缝的输出电流、输出电压和焊接速度，从而保证焊缝的焊接效果，并减少焊接过程中烟尘的产生。

附图说明

图1是本发明实施例的高锰钢自动焊接工艺的流程图。

图2是本发明实施例的高锰钢自动焊接工艺的焊缝的示意图。

图3是本发明实施例的高锰钢板的坡口的示意图。

图4是本发明实施例的高锰钢板的另一坡口的示意图。

附图标记说明如下：

1-预设坡口；10-高锰钢板；11-对接端；12-钝边；21-打底焊缝；22-填充焊缝；L1-高锰钢板的厚度；L2-钝边厚度；a-坡口夹角。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，在附图所示的实施例中，方向或位置关系的指示(诸如上、下、左、右、前和后等)仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

随着船用LNG储罐的低温高锰钢(以下简称为高锰钢)的钢材、焊材和焊接工艺持续发展，同时高锰钢及其配套焊材相对其它耐低温合金材料成本更低，如9％N i钢、不锈钢、殷瓦钢和铝合金等，从而使得高锰钢已经逐渐成为制造LNG储罐的主要原材料。此外，LNG储罐中存在许多规则的长直焊缝(焊缝长度不小于1m)，如筒体对接环缝、纵缝、以及罐内结构件大量T形接头角焊缝等，需要使用自动焊接进行焊接，以降低焊接人员的工作强度。

然而，由于高锰钢的锰合金质量百分比高达约25％，其焊接过程中的烟尘，尤其是锰尘含量也会相应增加，从而造成环境污染并对焊工的健康产生危害问题。故现提出一种高锰钢自动焊接工艺，以解决上述问题。

其方案通过以下实施例进行进一步说明：

在焊接技术领域，常用电弧焊方式主要有药芯焊丝焊、焊条电弧焊、气保焊、钨极氩弧焊、以及埋弧自动焊等，各个电弧焊方式使用的焊接材料、焊接位置、焊接效率、自动化水平、产尘率的对比见下表(即表1)。

表1

其中，由于本申请的焊接工艺主要用于焊接LNG储罐，因此，在焊接LNG储罐的平、横位置规则的长直焊缝(单条长度不小于1m)时，如罐体上对接的环缝、纵缝、以及罐体内部的结构件与罐体形成的接头角焊缝等，应该优先采用埋弧自动焊。因为埋弧自动焊不但发尘量最小，也是上述焊接方法中焊缝质量最高的一种，即焊缝成型好、探伤合格率高。并且，埋弧自动焊在焊接过程中自动化水平和焊接效率较高，能够满足实际生产的需要。

本实施方式的高锰钢自动焊接工艺应用于将高锰钢板焊接成低温储罐，如船用LNG储罐的焊接。

参阅图1，所述高锰钢自动焊接工艺包括如下步骤：

S1：对高锰钢板的待焊接处进行切割。

S2：将待焊接的高锰钢板按照焊接需求进行拼接和固定，使待焊接处形成预设坡口，并在预设坡口处设置形成预设坡口的正反面。

S3：采用埋弧焊机在预设坡口的正面上沿坡口依次层叠并焊接多个层叠的焊道，形成打底焊缝。

S4：对打底焊缝的朝向所述预设坡口反面的一侧的端面进行碳刨清根和打磨。

S5：采用埋弧焊机在预设坡口的后面上沿打底焊缝的表面依次层叠并焊接多个焊道，形成填充焊缝。

S6：采用埋弧焊机在打底焊缝的基础上焊接盖面焊缝。

其中，需要说明的是，正面和反面是为了区分预设坡口的相背的两侧，其中，正面是指坡口的主要焊接方向，反面是指坡口的次要焊接方向。

在本实施例中，在对高锰钢板进行拼接和焊接前，需要先将高锰钢板按照LNG储罐的要求将高锰钢板弯曲成特定的形状，以使得高锰钢板能够拼接成特定形状的LNG储罐，从而方便高锰钢板的焊接。

此外，需要说明的是，预设坡口为高锰钢板在拼接前，对高锰钢板的对接端进行加工，以使得高锰钢板完成对接后，在对接处形成正反两面贯穿的坡口。并且，正面的口径在朝向正面的方向上逐渐增大，以使得坡口处能够容置融化的焊料，并在焊料冷却后在坡口处形成焊道。

如图2所示，在高锰钢板10拼接形成的预设坡口1上，采用埋弧焊机在预设坡口1的正面上沿坡口依次层叠并焊接多个层叠的焊道，并形成打底焊缝21。即埋弧焊机沿坡口的长度方向焊接，在完成一条焊道后，再在完成焊接的焊道上叠加并焊接新的焊道，直至将坡口填充满焊道，从而形成打底焊缝21。同时，在完成打底焊缝21的焊接后，对打底焊缝21的后表面进行碳刨清根和打磨。然后采用埋弧焊机在预设坡口1的反面上沿打底焊缝21的后表面依次层叠并焊接多个焊道，并形成填充焊缝22，最终完成对高锰钢板10的焊接。需要说明的是，在本实施例中，打底焊缝21的后表面为打底焊缝21朝向预设坡口1反面的一侧的端面。

其中，在本实施例中，埋弧焊机采用直流反接。并且在焊接打底焊缝时，埋弧焊机的输出电流为310-340A，埋弧焊机的输出电压为26-29V，埋弧焊机的焊接速度为51-68cm/min；而在焊接填充焊缝时，埋弧焊机的输出电流为430-460A，埋弧焊机的输出电压为27-30V，埋弧焊机的焊接速度为38-51cm/min，从而在满足实际生产速率的要求下，保证焊缝的质量，并降低焊接过程中产生的烟尘。

需要说明的是，在本实施例中，将高锰钢板拼接完成后，在预设坡口的正面沿焊接方向铺设轨道，以使得埋弧焊机能够在焊接滚轮架的带动下沿轨道移动，并完成打底焊缝的焊接。同时，在完成打底焊缝的焊接后，在预设坡口的反面沿焊接方向铺设轨道，以使得埋弧焊机能够在焊接滚轮架的带动下沿轨道移动，并完成填充焊缝的焊接。

此外，当坡口采用横平焊并且高锰钢板的厚度小于或等于18mm时，坡口的预设形状设置为“V”形坡口。

具体地，如图3所示，当高锰钢板的厚度L1小于或等于18mm时，对高锰钢板10的对接处进行加工，使得高锰钢板10的对接处形成一个倾斜面的对接端11，以在高锰钢板10拼接后对接处能够形成“V”型坡口，并方便后续进行焊接。

此外，当坡口采用横平焊并且当高锰钢板的厚度大于18mm时，坡口的预设形状设置为“X”形坡口。

具体地，如图4所示，当高锰钢板的厚度L1大于18mm时，对高锰钢板的对接处进行加工，使得高锰钢板10的对接处形成两个倾斜面的对接端11，以在高锰钢板10拼接后对接处能够形成“X”型坡口，并方便后续进行焊接。

需要说明的是，在对高锰钢板的连接处进行加工时，可采用等离子切割、激光切割或机加工等方式，将高锰钢板的连接处切割形成特定的形状。

参阅图3，在本实施例中，坡口的坡口夹角a设置为45°-70°，坡口的钝边厚度L2设置为3-5mm，坡口的根部间隙设置为0-2mm，从而满足焊接要求。

需要说明的是，当待焊接处为角焊时，待焊接处的预设形状设置为“I”形坡口。即高锰钢板的待焊接处设置为平直面，以使得高锰钢板拼接形成直角结构，并方便对高锰钢板进行焊接。当然，在焊接角焊时，也预先沿焊道铺设好轨道，使得埋弧焊机沿轨道进行自动焊接。

在焊接角焊时，先在一个面上沿坡口依次层叠并焊接多个焊道，以形成打底焊缝。在完成打底焊缝的焊接后，从另一个面上沿坡口依次层叠并焊接多个焊道，以形成填充焊缝。在本实施例中，在焊接角焊的过程中，不需要对角焊的打底焊缝进行清根，以减少相应的工序，提高焊接效率。

在本实施例中，当横平焊完成打底焊缝和填充焊缝的焊接后，还需要采用埋弧焊机在打底焊缝的基础上焊接盖面焊缝，以保证焊接处两个高锰钢板的连接强度和美观。

具体地，在焊接盖面焊缝时，埋弧焊机的输出电流为430-460A，埋弧焊机的输出电压为27-30V，埋弧焊机的焊接速度为45-62cm/min，以保证盖面焊缝的焊接质量，并降低焊接过程中粉尘的产生。

此外，在焊接打底焊道的过程中，埋弧焊机的热输出为7-12kJ/cm；在焊接填充焊道的过程中，埋弧焊机的热输出为13-23kJ/cm；在焊接盖面焊道的过程中，埋弧焊机的热输出为11-18kJ/cm，从而保证埋弧焊机的焊接效果。其中，埋弧焊机的热输出数值都适用于焊接横平焊和角焊等方式的焊接。

在本实施例中，埋弧焊机的干伸长度为30mm，以保证埋弧焊机的焊接效率。

同时，埋弧焊机在层叠多个焊道的过程中，在焊接新的焊缝时，道间温度小于或等于100℃。即在焊接新的焊道时，上一条焊道的温度应该保持小于或等于100℃，从而保证焊接时两个焊道之间的连接效果。

此外，在开始焊接焊道前，需要除去坡口处的湿气，从而避免湿度对焊缝焊接的影响。

在本实施例中，埋弧焊机采用无缝药芯焊丝配合焊剂对高锰钢板进行焊接。并且，埋弧焊机安装在焊接滚轮架上，使得焊接滚轮架能够带动埋弧焊机沿坡口移动，并使得埋弧焊机自动完成埋弧焊接。

此外，在本实施例中，当高锰钢板为平直对接且不方便翻转时，可以在坡口的反面设置衬垫，如高锰钢垫或陶质衬垫等，以对支撑高锰钢板，实现单面焊双面成型。

综上，高锰钢自动焊接工艺在将高锰钢板按照需求拼接成预设坡口后，通过埋弧焊机在焊接滚轮架的带动下，从正面沿预设坡口进行焊接，形成打底焊缝。再通过埋弧焊机在焊接滚轮架的带动下，从反面沿打底焊缝进行焊接，形成填充焊缝，从而将高锰钢板拼焊成特定形状的LNG储罐。同时，通过控制埋弧焊机的各项工作数值，控制埋弧焊机的焊接速度和焊接质量，实现对高锰钢板的自动焊接，并减少焊接过程中烟尘的产生。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高锰钢自动焊接工艺，用于将高锰钢板焊接成LNG罐体，其特征在于，所述高锰钢自动焊接工艺包括如下步骤：

将待焊接的高锰钢板按照焊接需求进行拼接和固定，以使待焊接处形成预设坡口，并在所述预设坡口处形成正反面；

所述预设坡口为所述高锰钢板在拼接前，对所述高锰钢板的对接端进行加工，以使得所述高锰钢板完成对接后，在对接处形成正反两面贯穿的坡口，其中正面的口径在朝向正面的方向上逐渐增大；

采用埋弧焊机在所述预设坡口的正面上沿所述坡口依次层叠并焊接多个层叠的焊道，以形成打底焊缝；

对所述打底焊缝朝向所述预设坡口反面的一侧的端面进行碳刨清根和打磨；

采用所述埋弧焊机在所述预设坡口的反面上沿所述打底焊缝朝向所述预设坡口反面的一侧的端面依次层叠并焊接多个焊道，以形成填充焊缝；

其中，所述埋弧焊机采用直流反接；

在焊接所述打底焊缝时，所述埋弧焊机的输出电流为310-340A，所述埋弧焊机的输出电压为26-29V，所述埋弧焊机的焊接速度为51-68cm/min；

在焊接所述填充焊缝时，所述埋弧焊机的输出电流为430-460A，所述埋弧焊机的输出电压为27-30V，所述埋弧焊机的焊接速度为38-51cm/min。

2.根据权利要求1所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，所述坡口采用横平焊且所述高锰钢板的厚度小于或等于18mm时，所述坡口的预设形状设置为“V”形坡口；所述坡口采用横平焊且所述高锰钢板的厚度大于18mm时，所述坡口的预设形状设置为“X”形坡口。

3.根据权利要求2所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，所述坡口的坡口夹角为45°-70°；所述坡口的钝边厚度为3-5mm；所述坡口的根部间隙为0-2mm。

4.根据权利要求1所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，所述待焊接处为角焊时，所述待焊接处的预设形状设置为“I”形坡口。

5.根据权利要求1所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，采用所述埋弧焊机在所述打底焊缝上焊接盖面焊缝。

6.根据权利要求5所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，在焊接盖面焊缝时，所述埋弧焊机的输出电流为430-460A，所述埋弧焊机的输出电压为27-30V，所述埋弧焊机的焊接速度为45-62cm/min。

7.根据权利要求1所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，所述埋弧焊机的干伸长度为30mm。

8.根据权利要求1所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，在焊接新的焊道时，道间温度小于或等于100℃。

9.根据权利要求1所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，在焊接前除去所述坡口处的湿气。

10.根据权利要求1所述的高锰钢自动焊接工艺，其特征在于，所述埋弧焊机安装在焊接滚轮架上，以使得所述焊接滚轮架能够带动所述埋弧焊机沿所述坡口移动，并使得所述埋弧焊机自动完成埋弧焊接。