CN104526136A

CN104526136A - 一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法

Info

Publication number: CN104526136A
Application number: CN201410693791.0A
Authority: CN
Inventors: 刘磊; 许承熙; 鞠国文
Original assignee: Shanghai Jiangnan Changxing Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Shanghai Jiangnan Changxing Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明涉及到一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法，所述的大间隙坡口是指3mm＜Gap≤8mm坡口，该方法包括如下步骤：第一步，采用焊接工艺原理，明确工艺生产的使用范围，确定焊材的选用；第二步，依照工艺施工技术指标，完成工艺焊接前准备工作；第三步，选择合理的焊接工艺参数，完成大间隙埋弧自动焊的单面焊双面成形焊接；第四步，对焊缝进行相关检测，判断其是否合格。本发明采用新的焊接方法减小因焊接坡口间隙过大产生的不利影响，消除传统工艺对焊接结构建造带来的不足，提升产品质量、降低工件制作周期，进而缩短各行业焊接结构建造周期。

Description

一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法

技术领域

本发明涉及焊接结构建造，特别涉及到一种埋弧焊的新工艺，具体是一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法。

背景技术

目前在焊接结构建造中，比较常用的是埋弧焊的焊接，其是在装配时一般都给定装配间隙，主要是为了保证根部熔透和改善焊缝外形。确定装配间隙时，要考虑坡口形式和尺寸以及背面有无衬垫等情况。如果所开坡口的角度较小，则须加大装配间隙。但是，过大的间隙易烧穿，还需较多的焊缝填充金属，增加焊接成本和焊件的变形。通常装配间隙不应大于焊丝直径。但在大型结构装配时，因精度控制极难，很难得到满足埋弧焊技术要求的小间隙坡口。

现有技术在焊接结构建造中亦存在因受到各种条件的限制，不能把工件进行翻转施工的情况，目前大多采用CO₂气体保护焊陶制衬垫单面焊双面成型来完成，这种方法由于受焊工技能，焊接材料及性能等多种因素的影响，存在着劳动强度大、耗费工时多、质量可靠性差等弊病。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有工艺存在的不足，提供一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法。利用本发明方法来减小因焊接坡口间隙过大产生的不利影响，以单面焊双面成形的方式完成焊接，从而提高焊接结构生产效率、降低劳动强度并提升产品质量。

为了达到上发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法，所述的大间隙坡口是指3mm＜Gap≤8mm坡口，其特征在于，该方法包括如下步骤：

第一步，明确工艺生产的使用范围，确定焊材的选用，所述的使用范围包括有机械、汽车、船舶、建筑、海洋工程，涉及其中的所有大间隙坡口拼板对接缝；

第二步，依照工艺施工技术指标，完成工艺焊接前准备工作，所述的施工技术指标包括有坡口装配、引熄弧板安装、衬垫装贴和铁粉铺设；

第三步，选择合理的焊接工艺参数，完成大间隙埋弧自动焊的单面焊双面成形焊接；

第四步，对焊缝进行相关检测，判断其是否合格，所述的相关检测包括有无损检测和破坏性检测，所述无损检测包括磁粉检测和射线检测，所述破坏性检测包括：拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验和宏观组织检测。

在本发明使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法中，所述的第一步中焊接工艺原理是指：采用柔性的衬垫材料粘贴在焊缝背面，焊缝坡口内填加一定的金属粉，利用埋弧自动焊的原理完成焊接。

在本发明使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法中，所述的第二步中施工技术指标具体是指：

2a.坡口装配：坡口形式为V型，坡口角度45～60°，不留钝边且误差控制在0～2mm，坡口间隙控制在3mm＜Gap≤8mm，且坡口装备时需注意板面水平度，焊缝背面装配错边量必须小于1.5mm；

2b.引熄弧板安装：在工艺焊接时其焊缝的首尾两端很容易产生纵向裂纹，为防止纵向裂纹的产生需在焊接时在焊缝首尾两端加装引熄弧板；

2c. 衬垫装贴：需特别注意衬垫与钢板的背面紧密粘合，衬垫与衬垫的衔接处应相互推进无间隙，防止在焊接过程中造成衬垫与衬垫的衔接处的焊缝出现焊穿或漏渣现象；

2d. 铁粉铺设：工艺所使用的铁粉是纯铁粉，以弥补坡口的不均匀性，使其在同一焊接规范下获得均匀的背面焊接成形；可以防止电弧在接近衬垫的地方烧穿，保证电弧稳定，增加熔敷率；铺撒铁粉之前，要将各段间隙测量出来，并标识在钢板表面，然后根据间隙的不同对铺设厚度进行调整。

在本发明使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法中，所述的第四步在焊接坡口间隙3mm＜Gap≤8mm下的焊缝时，焊接电流与电弧电压的关系式为：

U=0.02I+20

式中 U—电弧电压（V）

I—焊接电流（A）

选择焊接电流的主要依据是坡口间隙、铁粉铺设厚度与坡口角度；

选择电弧电压的主要依据是焊接电流和熔宽的要求；

焊前选择焊接工艺参数时，先选择好焊接电流和焊接电压，再选择焊接速度。

在本发明使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法的第五步中，所述的射线检测用于检测焊缝内部缺陷，磁粉检测用于检测焊缝外部缺陷；所述的拉伸试验用于评定焊缝或焊接接头的强度和塑性性能，所述的弯曲试验用于评定焊接接头塑性并可反映出焊接接头各个区域的塑性差别，暴露焊接缺陷，考核熔合区的接合质量，所述的冲击试验用于评定焊缝金属和焊接接头的韧度和缺口敏感性，所述的硬度试验用于评定焊接接头的硬化倾向，并可间接考核焊接接头的脆化程度，所述宏观组织检测能在一个很大的视域范围内，对材料的不均匀性、宏观组织缺陷的分布和类别等进行检测和评定。

相对于现有技术焊接大间隙坡口焊缝采用的CO₂气体保护焊陶制衬垫单面焊双面成型工艺，本发明是一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口达成单面焊双面成形的工艺，其具有如下优点：

1.本发明根据埋弧自动焊适于焊接长焊缝、生产效率高、焊缝质量好、操作简便的工艺特点，弥补了现有技术在焊接过程中劳动强度大、耗费工时多、质量可靠性差等弊病。

2. 本发明方法同样具有单面焊双面成形的特点，故而在焊接存在大间隙坡口焊缝的大型焊接结构时，无需再对焊接结构进行翻身焊接，既降低了工作难度，又可以节约工作时间，同时还可以降低翻身时出现的危险。

3、采用本发明方法，根据焊接结构的大间隙特点进行焊接操作，可以大大降低相关大型焊接结构的装配难度。

附图说明

图1是本发明一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法的原理图。

图2是本发明一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法的坡口形式图。

图3是本发明一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法的焊接工艺评定试验坡口形式图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明专利使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法做进一步的详细说明，以求更为清楚明了地理解其工艺流程和操作方式，但不能以此来限制本发明专利申请的保护范围。

正是基于现有技术中存在的问题，本发明专利进行了大间隙埋弧自动焊的研究，尝试用埋弧焊的新方法来减小因焊接坡口间隙过大产生的不利影响，消除传统工艺对焊接结构建造带来的不足，提升产品质量、降低工件制作周期，进而缩短各行业焊接结构建造周期。

本发明的新方法首先根据工艺焊接原理确定可焊接区域，同时根据图1、图2所示内容完成焊接前准备工作，然后通过选择合理的焊接工艺参数进行单面焊双面成型的焊接，最后通相关检测，判断焊缝是否合格，进而判断制造的焊接结构产品质量，从而实现大间隙埋弧自动焊的单面焊双面成形。

本发明使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法具体包括有如下步骤：

第一步，通过工艺焊接原理，明确工艺生产使用范围，确定焊接材料选用。该工艺焊接原理为：采用柔性的衬垫材料粘贴在焊缝背面，焊缝坡口内填加一定的金属粉，利用埋弧自动焊的原理完成焊接。由此可以认为，在目前焊接结构建造中，所有使用埋弧焊进行焊接的区域，只要可以在焊缝背面粘贴柔性的衬垫材料，焊缝坡口内可填加金属粉，便可以使用该工艺。故而明确该工艺可在机械、汽车、船舶、建筑、海洋工程等行业，涉及的所有大间隙坡口拼板对接缝上进行使用。

第二步，依照工艺施工技术指标，完成工艺焊接前准备工作。工艺施工技术指标具体如下：

1.坡口装配：坡口形式为V型，坡口角度45～60°，不留钝边且误差控制在0～2mm，坡口间隙控制在3mm＜Gap≤8mm，且坡口装备时需注意板面水平度，焊缝背面装配错边量必须小于1.5mm。

2.引熄弧板安装：在工艺焊接时其焊缝的首尾端很容易产生纵向裂纹，为防止裂纹的产生需在焊接时在焊缝首尾两端加装引熄弧板。

3. 衬垫装贴：需特别注意衬垫与钢板的背面紧密粘合，衬垫与衬垫的衔接处应相互推进无间隙，防止在焊接过程中造成衬垫与衬垫的衔接处的焊缝出现焊穿或漏渣的现象。

4. 铁粉铺设：工艺所使用的铁粉基本是纯铁粉。纯铁粉可以弥补坡口的不均匀性以便在同一焊接规范下获得均匀的背面焊接成形；可以防止电弧在接近衬垫的地方烧穿，保证电弧稳定；可以增加熔敷率，提高焊接效率。铺撒铁粉之前，要将各段间隙测量出来。并标识在钢板表面，然后根据间隙的不同对铺设厚度进行调整。

第三步，选择合理的焊接工艺参数，完成大间隙埋弧自动焊的单面焊双面成形焊接。焊接工艺参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度和铁粉铺设高度。在焊接过程中，随坡口间隙变化也要随时调整工艺参数。工艺参数具体选择可以见下表：

为获得良好的焊缝成形，在增大焊接电流的同时，应适当提高电弧电压，即电压和电流应匹配。

通过对该工艺进行的大量工艺研究试验数据分析得出，在焊接坡口间隙3mm＜Gap≤8mm下的焊缝时，焊接电流与电弧电压的关系式：

U=0.02I+20

式中 U—电弧电压（V）

I—焊接电流（A）

选择焊接电流的主要依据是坡口间隙、铁粉铺设厚度与坡口角度。

选择电弧电压的主要依据是焊接电流和熔宽的要求。

焊前选择焊接工艺参数时，通常先选择好焊接电流和焊接电压，然后再来选择焊接速度。

第四步，对焊缝进行相关检测，判断其是否合格。其中相关检测包括无损检测和破坏性检测，无损检测包括：磁粉检测和射线检测，破坏性检测包括：拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度试验、宏观组织检测。

射线检测：用于检测焊缝内部缺陷。

磁粉检测：用于检测焊缝外部缺陷。

拉伸试验：用于评定焊缝或焊接接头的强度和塑性性能。

弯曲试验：用于评定焊接接头塑性并可反映出焊接接头各个区域的塑性差别，暴露焊接缺陷，考核熔合区的接合质量。

冲击试验：用于评定焊缝金属和焊接接头的韧度和缺口敏感性。

硬度试验：用于评定焊接接头的硬化倾向，并可间接考核焊接接头的脆化程度。

宏观组织检测：能在一个很大的视域范围内，对材料的不均匀性、宏观组织缺陷的分布和类别等进行检测和评定。

实施例1

在本实施例中，使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法的详细步骤可以利用CX-G14-WPS-050的焊接工艺评定试验过程进行实质验证，来作为对本发明的工艺过程的进一步详细阐述：

第一步，通过工艺焊接原理，确定焊接材料选用。

试验计划使用的母材为：EH36 t=19mm，故在选择填充金属时需予以考虑。

第二步，根据图3所示坡口形式进行装配，并根据图1的形式，图1中标号1为焊丝，标号2为铁粉填充物，标号3为衬垫，标号4为焊剂，完成焊前准备工作。其中铁粉铺设厚度选择15mm。

第三步，根据坡口间隙Gap=6～8mm，铁粉铺设厚度15mm，坡口角度45～50°，确定试验焊接电流为I=850-860A。然后根据U=0.02I+20公式，得出试验电弧电压U=36-37V，并通过焊接电流与电弧电压确定焊接速度为v=300～320mm/min。最后根据上述焊接参数，完成大间隙埋弧自动焊的单面焊双面成形的焊接。

第四步，对焊缝进行相关检测，其中包括无损检测和破坏性检测，具体检测数据如下：

1.无损检测：

射线检测：根据JISZ3104-95评定标准，评定合格。

磁粉检测：按标准JISG0565-92验收，未发现超标缺陷痕迹，评定为合格。

2.破坏性检测：

拉伸试验的参数详见下表：

试样编号	标准抗拉强度TS [N/mm²]	试验抗拉强度TS min[N/mm²]	端口位置
				CX-G14-WPS-050	490-620	518	断母材
CX-G14-WPS-050	490-6620	534	断焊缝

弯曲试验的参数数据详见下表：

压头直径[mm]	5t	弯曲角度[°]	180
				类型	结果	类型	结果
侧弯	合格	侧弯	合格
				侧弯	合格	侧弯	合格

冲击试验的试验数据详见下表：

硬度试验的试验参数详见下表：

类型：HV	载荷：10kg
		母材：	171～227
热影响区：	173～198
		焊缝：	190～222

宏观组织检测：经宏观腐蚀试验，在焊缝、熔合线、热影响区均未发现裂纹、未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷。

根据上述检测项目的数据结果，根据相关验收标准，CX-G14-WPS-050工艺评定试验合格。

采用本发明的工艺方法可以很好的解决焊接结构建造中因坡口间隙过大带来的不利因素，并利用埋弧自动焊工艺适于焊接长焊缝、生产效率高、焊缝质量好、操作简便的工艺特点，可提高焊接结构3～4倍的焊接生产效率，同时大幅提升焊接结构焊接质量，进而使得相应焊接结构生产周期缩短60～70%。

Claims

1.一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法，所述的大间隙坡口是指3mm＜Gap≤8mm坡口，其特征在于，该方法包括如下步骤：

第一步，采用焊接工艺原理，明确工艺生产的使用范围，确定焊材的选用，所述的使用范围包括有机械、汽车、船舶、建筑和海洋工程行业，涉及行业中的所有大间隙坡口拼板对接缝；

第三步，选择合理的焊接工艺参数，完成大间隙埋弧自动焊的单面焊双面成形焊接，所述的焊接工艺参数包括有焊接电流、电弧电压、焊接速度和铁粉铺设高度；

2.根据权利要求1所述的一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法，其特征在于，所述的第一步中焊接工艺原理是指：采用柔性的衬垫材料粘贴在焊缝背面，焊缝坡口内填加一定的金属粉，利用埋弧自动焊的原理完成焊接。

3.根据权利要求1所述的一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法，其特征在于，所述的第二步中施工技术指标具体是指：

4.根据权利要求1所述的一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法，其特征在于，所述的第四步中，在焊接坡口间隙3mm＜Gap≤8mm下的焊缝时，焊接电流与电弧电压的关系式为：

U=0.02I+20

式中 U—电弧电压（V）

I—焊接电流（A）

选择电弧电压的主要依据是焊接电流和熔宽的要求；

5.根据权利要求1所述的一种使用埋弧自动焊焊接大间隙坡口的方法，其特征在于，在所述的第五步中，所述的射线检测用于检测焊缝内部缺陷，磁粉检测用于检测焊缝外部缺陷；所述的拉伸试验用于评定焊缝或焊接接头的强度和塑性性能，所述的弯曲试验用于评定焊接接头塑性并可反映出焊接接头各个区域的塑性差别，暴露焊接缺陷，考核熔合区的接合质量，所述的冲击试验用于评定焊缝金属和焊接接头的韧度和缺口敏感性，所述的硬度试验用于评定焊接接头的硬化倾向，并可间接考核焊接接头的脆化程度，所述宏观组织检测能在一个很大的视域范围内，对材料的不均匀性、宏观组织缺陷的分布和类别等进行检测和评定。