CN105081520A - 全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法 - Google Patents
全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其特征在于:a、两块需要焊接的9%Ni钢中薄板单边开对应坡口,并留有钝边厚度;b、两块需要对接焊接的9%Ni钢中薄板对点焊装配时保留间隙,形成Y型坡口,并对应根部间隙,从9%Ni钢中薄板的反面附加陶瓷衬垫与反变形码板;c、采用焊接机器人,使用药芯焊丝气体保护焊,在Y型坡口焊道内进行“矩形”轨迹摆动施焊,且在各焊道中部不做停留;d、9%Ni钢中薄板焊前不预热,各焊道层间温度控制在150℃以下。能确保钢中薄板立对接在全自动FCAW实施下的各焊缝全熔透、各焊道厚度适宜、正反面焊缝成型良好;又节省焊接材料,达到高效焊接目的。
Description
技术领域
本发明涉及焊接工艺的技术领域,具体地说是一种全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法。
背景技术
国内有关9%Ni等低温钢的焊接大多以手工电弧焊为主,特别是立对接位置下的焊缝,受焊接材料和焊接线能量的限制,未曾见过有过在立对接位置下采用自动焊的相关研究报道。而传统的手工焊接,不仅操作繁琐,同时由于人工操作,产品质量上存在参差不齐、稳定性差的缺点,而且还存在一些安全隐患。
如果采用自动焊接,对于单面焊双面成型工艺,第一道打底焊接至关重要。难点在于既要防止在立对接位置下的未焊透与根部烧穿、又要保持正面焊缝余高合理,更何况Ni基焊材所成焊缝金属粘度大、在重力作用下下淌不规则;倘若控制不当,除根部烧穿或未焊透之外,还易造成正面焊缝余高过大,甚至造成焊瘤。就单面焊双面成型技术而言,焊透、根部烧穿与否均与坡口钝边厚度、间隙大小相关,立对接具体实施时液体金属在根部间隙处于悬空,电磁力、等离子流力等电弧力一方面与液体金属表面张力及重力在竖直方向建立起相应平衡,另一方面控制着液态金属在水平方向、间隙内外的实际走向,而此电弧力却很容易打破与表面张力及重力所共建的状态平衡,致使未焊透、根部烧穿、焊瘤等诸多缺陷的出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,它可克服现有技术中焊缝不熔透、焊缝成型不佳、焊接材料浪费、焊接效率较低的一些不足。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其特征在于:所述的工艺方法包括如下步骤:a、两块需要焊接的9%Ni钢中薄板单边开对应坡口,并留有钝边厚度;b、两块需要对接焊接的9%Ni钢中薄板组对点焊装配时保留间隙,形成Y型坡口,并对应根部间隙,在9%Ni钢中薄板的反面附加陶瓷衬垫与反变形码板;c、采用焊接机器人,使用药芯焊丝气体保护焊,在Y型坡口焊道内进行“矩形”轨迹摆动施焊,且在各焊道中部不做停留;d、9%Ni钢中薄板焊前不预热,各焊道层间温度控制在150℃以下。
使用时,本发明以焊接机器人为实施手段,采用药芯焊丝气体保护焊(FCAW),坡口采用Y型坡口,在留有适当间隙与钝边、反面附加陶瓷衬垫与反变形码板的坡口焊道内,运用药芯焊丝气体保护焊(FCAW),实现9%Ni钢中薄板在立对接位置下的单面焊双面成型自动化焊接,并确保各焊缝全熔透、各焊道厚度适宜、正反面焊缝成型良好、焊接过程飞溅极少,无损及力学性能检测均符合相关要求;同时又能有效节省较多的焊接材料、工时,实现高效化焊接。
附图说明
图1为本发明一实施例的坡口结构示意图。
图2为本发明一实施例的坡口焊接顺序结构示意图。
图3为本发明一实施例焊枪摆动轨迹示意图。
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描述。
各附图中各标号表示如下:1打底焊道、2填充焊道、3盖面焊道、4盖面焊道、5陶瓷衬垫、6反变形码板、79%Ni钢中薄板。
本发明将药芯焊丝气体保护焊(FCAW)应用于9%Ni等低温钢材料在立对接位置下的自动化焊接,可以作为消除之前焊接材料和焊接线能量相关限制的突破口。药芯焊丝气体保护焊(FCAW),即选用现有含Ni约60%以上的Ni基型(Ni-Cr-Mo系合金)、牌号为UTPAF6222MoPW的药芯焊丝作为焊接材料,利用其低温韧性良好、线膨胀系数与9%Ni钢相近、焊缝金属为奥氏体等特点,再结合FCAW本身所具备焊接效率高、熔深较大优势,在保证焊接线能量及焊缝低温韧性的前提下,使得9%Ni等低温钢材料在立对接位置下的自动化焊接成为可能。
本发明所述的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其与现有技术的区别在于:所述的工艺方法包括如下步骤:a、两块需要焊接的9%Ni钢中薄板单边开对应坡口,并留有钝边厚度;b、两块需要对接焊接的9%Ni钢中薄板组对点焊装配时保留间隙,形成Y型坡口,并在9%Ni钢中薄板的反面附加陶瓷衬垫与反变形码板;c、采用焊接机器人,使用药芯焊丝气体保护焊,在Y型坡口焊道内进行“矩形”轨迹摆动施焊,且在各焊道中部不做停留;d、9%Ni钢中薄板焊前不预热,各焊道层间温度控制在150℃以下。
a步骤中,所述的9%Ni钢中薄板指厚度在10-20mm范围的钢板,钢中薄板单边加工留有0-1mm的钝边厚度;单边开对应坡口的角度范围为25-35°。b步骤中,Y型坡口角度范围为50-70°,其中10-15mm板厚范围内的9%Ni钢板所适宜的坡口范围为50-60°,而16-20mm板厚范围内的9%Ni钢板所适宜的坡口范围为60-70°,焊前点焊装配时保持3-3.5mm的间隙大小;陶瓷衬垫中部设有成型槽,成型槽为U型,深度不超过2mm,U型槽设置的位置与间隙相对应。c步骤中,焊接时,焊丝干伸长保持在13-15mm之间,焊丝处于各焊道中心位置并确保对准,焊丝端头距离引弧点2-3mm。b步骤中,陶瓷衬垫中部设有成型槽,成型槽为U型,深度不超过2mm,U型槽设置的位置与间隙相对应。
c步骤中,焊接时,焊道逐层叠加,底部为打底焊道,中部为填充焊道,顶部为盖面焊道,焊道之间需进行清渣处理;打底焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为1.5mm、两侧停留时间均为0.1s,焊接电流为140-150A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.45m/min;填充焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为3.5mm、两侧停留时间均为0.2s,焊接电流为155-165A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.35m/min;盖面焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为3-3.5mm、两侧停留时间均为0.2s,焊接电流为140-165A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.5m/min;以上各焊道施焊选用Ф1.2mm药芯焊丝,并配82%Ar+18%CO2混合气为保护气体、气流量为17-19L/min。
c步骤中,所述的Y型坡口焊道内“矩形”轨迹摆动施焊是指从打底焊道至盖面焊道,在保证各焊道内焊枪摆动长度不变的情况下,相应调整摆动幅度及两侧停留时间的矩形轨迹焊接方法。
本发明的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法有如下优点,1)焊枪进行“矩形”轨迹摆动有利于将电磁力、等离子流力等电弧力向焊道两侧分散,避免了其在焊道中部过于集中;同时在焊道两侧加停留时间,有利于电弧对侧壁母材的“挖掘”,增加侧壁熔深。2)所选用的82%Ar+18%CO2混合气,也有利于电弧热量能更加集中。3)所选用的各焊接工艺参数能明显减缓Ni基型焊材在喷射过渡形式下的液体金属下淌、外溢等现象;促使其更加有效地向焊道两侧及纵深铺展,保证焊透同时又可实现熔敷金属的快速填充。4)背面焊缝金属成型良好。
实施例1
如图1所示,全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,所述的9%Ni钢中薄板厚度为15mm:
1)钢板单边开坡口30°,留有0-1mm的钝边厚度;
2)钢板组对点焊装配时留有3-3.5mm的间隙大小;
3)反面附加陶瓷衬垫与反变形码板。
9%Ni钢中薄板加工钝边厚度加工误差不超过0.5mm、初始间隙大小误差不超过0.5mm。陶瓷衬垫成型槽为U型、成型槽深度不超过2mm;在满足装配间隙基础上进行反变形码板的安装,并确保根部间隙与衬垫成型槽相对中。钢板组对点焊装配亦用Ni基型焊丝完成。
图2和图3所示,包括所述9%Ni钢中薄板具体的焊接步骤:
1)焊接时,焊丝干伸长保持在13-15mm之间,焊丝处于各焊道中心位置并确保对准,焊丝端头距离引弧点2-3mm;
2)使得焊枪在各焊道施焊过程中沿焊道进行“矩形”轨迹摆动施焊,且在各焊道中部不做停留;
3)以上各焊道施焊选用Ф1.2mm药芯焊丝,并配82%Ar+18%CO2混合气为保护气体、气流量为17-19L/min。钢板焊前不预热,各焊道层间温度均控制在150℃以下,焊道之间需进行清渣处理。
4)焊接过程中立对接接头处的焊道布置及各工艺参数如图2和图3所示,各焊道工艺参数如下表所示。
机器人焊接过程中,操作人员调用事先编写好的程序或者通过示教编写新的程序,程序编写调试完成后进行预约程序设置,通过启动装置控制焊接机器人的运行。焊接过程稳定、飞溅极少。
处于立对接位置下的9%Ni钢中薄板坡口内各焊道,通过焊前钢板的点焊装配、预先反变形控制,结合82%Ar+18%CO2混合气保护下各工艺参数的有效选取,最终确保在单面焊双面成型、焊道之间不清渣的情况下,各焊缝全熔透、正反面各焊道成型优良,自动化焊接简化了工作流程,有效提高了低温钢焊接质量及生产效率。
实施例2
全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,所述的9%Ni钢中薄板厚度为18mm:
1)钢中薄板单边开坡口33°,留有0.6mm的钝边厚度;
2)钢中薄板组对点焊装配时留有3.3mm的间隙大小;
3)反面附加陶瓷衬垫与反变形码板。
采用焊接机器人,使用药芯焊丝气体保护焊,在Y型坡口焊道内进行“矩形”轨迹摆动施焊,且在各焊道中部不做停留,焊接时,焊丝干伸长保持在14mm之间,焊丝处于各焊道中心位置并确保对准,焊丝端头距离引弧点3mm;9%Ni钢中薄板焊前不预热,各焊道层间温度控制在150℃以下。
焊接时,焊道逐层叠加,底部为打底焊道,中部为填充焊道,顶部为盖面焊道,焊道之间需进行清渣处理;
打底焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为1.5mm、两侧停留时间均为0.1s,焊接电流为140-150A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.45m/min;
填充焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为3.5mm、两侧停留时间均为0.2s,焊接电流为155-165A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.35m/min;
盖面焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为3-3.5mm、两侧停留时间均为0.2s,焊接电流为140-165A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.5m/min;
以上各焊道施焊选用Ф1.2mm药芯焊丝,并配82%Ar+18%CO2混合气为保护气体、气流量为17-19L/min。
焊枪在焊道内进行“矩形”轨迹摆动有利于将电磁力、等离子流力等电弧力向两边坡口侧壁分散,避免了其在焊道中部过于集中;同时在各焊道两侧加停留时间,又有利于电弧对侧壁母材的“挖掘”,增加两侧熔深。所选用的各焊接工艺参数能明显减缓Ni基型焊材在喷射过渡形式下的液体金属下淌、外溢等现象,促使其更加有效地向焊道两侧及纵深铺展,从根本上提升了接头质量,为优异的立对接焊缝接头质量获取打下坚实基础;在保证焊透同时又可实现熔敷金属的快速填充、达到高效焊接目的。全自动单面焊双面成型工艺方法的成功实施,钢板装配要求允许误差范围放宽的同时,又有效节省较多的焊接材料、工时,实现高效焊接目的同时亦为工业化实际应用提供了相应可能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其特征在于:所述的工艺方法包括如下步骤:a、两块需要焊接的9%Ni钢中薄板单边开对应坡口,并留有钝边厚度;b、两块需要对接焊接的9%Ni钢中薄板对点焊装配时保留间隙,形成Y型坡口,并对应间隙底部,从9%Ni钢中薄板的反面附加陶瓷衬垫与反变形码板;c、采用焊接机器人,使用药芯焊丝气体保护焊,在Y型坡口焊道内进行“矩形”轨迹摆动施焊,且在各焊道中部不做停留;d、9%Ni钢中薄板焊前不预热,各焊道层间温度控制在150℃以下。
2.根据权利要求1所述的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其特征在于:a步骤中,所述的9%Ni钢中薄板指厚度在10-20mm范围的钢板,钢中薄板单边加工留有0-1mm的钝边厚度;单边开对应坡口的角度范围为25-35°。
3.根据权利要求1所述的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其特征在于:b步骤中,Y型坡口角度范围为50-70°,其中10-15mm板厚范围内的9%Ni钢板所适宜的坡口范围为50-60°,而16-20mm板厚范围内的9%Ni钢板所适宜的坡口范围为60-70°,焊前点焊装配时保持3-3.5mm的间隙大小;c步骤中,焊接时,焊丝干伸长保持在13-15mm之间,焊丝处于各焊道中心位置并确保对准,焊丝端头距离引弧点2-3mm。
4.根据权利要求1所述的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其特征在于:b步骤中,陶瓷衬垫中部设有成型槽,成型槽为U型,深度不超过2mm,U型槽设置的位置与间隙相对应。
5.根据权利要求1所述的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其特征在于:c步骤中,焊接时,焊道逐层叠加,底部为打底焊道,中部为填充焊道,顶部为盖面焊道,焊道之间需进行清渣处理;打底焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为1.5mm、两侧停留时间均为0.1s,焊接电流为140-150A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.45m/min;填充焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为3.5mm、两侧停留时间均为0.2s,焊接电流为155-165A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.35m/min;盖面焊道摆动长度为1.5mm、摆幅大小为3-3.5mm、两侧停留时间均为0.2s,焊接电流为140-165A、焊接电压为23.2-23.5V、焊接速度为0.5m/min;以上各焊道施焊选用Ф1.2mm药芯焊丝,并配82%Ar+18%CO2混合气为保护气体、气流量为17-19L/min。
6.根据权利要求1所述的全自动9%Ni钢中薄板立对接FCAW单面焊双面成型工艺方法,其特征在于:c步骤中,所述的Y型坡口焊道内“矩形”轨迹摆动施焊是指从打底焊道至盖面焊道,在保证各焊道内焊枪摆动长度不变的情况下,相应调整摆动幅度及两侧停留时间的矩形轨迹焊接方法。
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