CN108406156B - 一种低热输入窄间隙垂直气电立焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低热输入窄间隙垂直气电立焊方法，坡口形式为I形坡口，坡口间隙为10‑14mm，将传统的圆柱形焊枪设计成椭圆柱结构以适应于窄间隙坡口的焊接，为了保证电弧与侧壁有一定夹角，通过两个不对称齿轮将焊丝弯曲，使得焊丝可在坡口内来回摆动，经过大量焊接试验，拟合出坡口间隙d（mm）、板厚h（mm）和焊接热输入Q（KJ/cm）的关系式：Q=0.8h+20*(d‑10)。将窄间隙焊接和垂直气电立焊方法结合起来，实现了厚板低热输入单层单道焊接，克服了窄间隙焊接中需单层多道焊和传统垂直气电立焊中热输入大和侧壁熔透不好的缺点。

Description

一种低热输入窄间隙垂直气电立焊方法
技术领域
本发明属于焊接技术，具体涉及一种低热输入窄间隙垂直气电立焊方法。
背景技术
垂直气电立焊方法是一种非常适合于中厚板焊接的高效焊接方法，焊缝一次成型，垂直气电立焊方法存在的最大问题就是焊接热输入高，一般30mm的板厚，热输入就要达到150KJ/cm以上，而80mm板厚的热输入要达到近500KJ/cm，焊而随板厚增加带来的热输入提高会使焊缝金属的结晶速度降低，由此带来晶粒粗大，从而导致焊缝的力学性能降低，严重影响了焊缝的低温冲击韧性。为了保证两侧壁熔透性能，垂直气电立焊一般采用V型坡口，根部留有一定间隙，板厚越大，缝横截面也就越大，对于100mm板厚的钢板焊接，底部间隙为15mm，坡口角度为10-15°坡口顶端宽度可达到40mm，如此大的填充面积，为了保证一次成型，只能通过增加热输入的方式来完成生产。虽然对于厚板，双丝气电立焊已经得到有效应用，但是填充面积没有减小，热输入量减小也非常有限。现有提出了摆动焊丝气电焊法，此方法将焊丝用扁平弯曲焊嘴伸入由铜垫板和铜滑块所围起来的坡口内，让焊嘴沿板厚方向作简谐振动，进行焊接，此方法的缺陷是在用I形坡口焊接时，由于电弧和侧壁夹角为0，所以不能保证两侧壁熔透，因为焊接质量的问题，摆动焊丝气电焊法的应用受到很大限制。专利CN 102423827 A公开了一种垂直气电立焊的焊枪摆动装置，虽然焊丝可以在坡口间隙进行左右摆动，但是焊丝与I型坡口始终是平行状态，即电弧和侧壁夹角仍为0，不能保证两侧壁熔透，因此，采用这种装置焊接，为了达到好的效果，坡口必须采用V型。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种低热输入窄间隙垂直气电立焊方法，实现了厚板低热输入单层单道焊接，克服了窄间隙焊接中需单层多道焊和传统垂直气电立焊中热输入大以及摆动焊丝气电焊法侧壁熔透不良的缺点。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
(1)将传统垂直气电立焊多采用的V形坡口I形坡口，坡口间隙为10‐14mm，而传统垂直气电立焊坡口间隙随着板厚增加而增加；
(2)将传统的圆柱形焊枪设计成椭圆柱结构以适应于窄间隙坡口的焊接，为了保证电弧与侧壁有一定夹角，通过两个不对称齿轮将焊丝弯曲，使得焊丝可在坡口内来回摆动；
(3)经过大量焊接试验，拟合出坡口间隙d(mm)、板厚h(mm)和焊接热输入Q(KJ/cm)的关系式：Q＝0.8h+20*(d-10)。
对上述工艺步骤具体说明如下：
1)坡口间隙在10‐14mm范围内，随着板厚增加而增加，而焊接热输入与坡口间隙有很大关系，坡口间隙减小能够使得焊接热输入大幅度减小
2)与传统垂直气电立焊相比，由于采用了特殊的焊枪设计，能够使得在很窄的空间就能完成焊接。
与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：
(1)传统工艺热输入是新工艺的好几倍，板越厚，相差越多，在此基础上焊缝和热影响区低温冲击韧性可得到大幅度提高；
(2)电弧指向侧壁，可以保证侧壁熔透效果；
(3)焊缝填充面积减小，降低了生产成本的同时，提高了生产效率。
附图说明
图1为椭圆柱结构焊枪图；
图2为实施例1中65mm厚焊板拼接图；
图3为对比实施例1中65mm厚焊板拼接图；
图4为实施例2中140mm厚焊板拼接图；
图5为对比实施例2中140mm厚焊板拼接图；
具体实施方式
以下结合附图及若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不仅仅局限于此。
实施例1
准备焊接试板EH36，标号A，板厚为65mm，长为1000mm，无需开坡口，根部间隙11mm，根据新工艺拟合出的公式Q＝0.8h+20*(d-10)，可计算出热输入约为72kJ/cm，由计算所得的热输入推导出合适的焊接电流、电压和焊接速度，见表1。
表1实施例1焊接工艺参数
Figure BDA0001622921920000041
对比实施例1
准备与实施例1中完全相同的焊接试板EH36，标号B，板厚为65mm，长为1000mm，坡口为V型，角度为20°，根部间隙8mm，保护气体为CO2，采用双丝气电立焊焊接，工艺参数见表2。
表2对比实施例1焊接工艺参数
Figure BDA0001622921920000042
A采用新工艺焊接，大大节省了焊接材料，由于热输入明显降低，低温冲击韧性也得到了很大提高，如表3
表3A和B效果对比
Figure BDA0001622921920000043
实施例2
准备焊接试板EQ47，标号C，板厚为140mm，长为1200mm，无需开坡口，根部间隙12mm，根据新工艺拟合出的公式Q＝0.8h+20*(d-10)，可计算出热输入约为152kJ/cm，由计算所得的热输入推导出合适的焊接电流、电压和焊接速度，见表4。
表4实施例2焊接工艺参数
Figure BDA0001622921920000051
对比实施例2
准备与实施例2中完全相同的焊接试板EQ47，标号D，板厚为140mm，长为1200mm，坡口为V型，角度为30°，根部间隙10mm，保护气体为CO2，采用双丝气电立焊焊接，工艺参数见表5。
表5对比实施例2焊接工艺参数
Figure BDA0001622921920000052
C和D效果对比见表6，可知新技术焊接用量约减少至传统技术的三分之一，由于热输入约减小为原来的五分之一，-40℃低温冲击值约增加为原来的两倍，如表6。
表6C和D效果对比
Figure BDA0001622921920000053
除上述实例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或者等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种低热输入窄间隙垂直气电立焊方法，其特征在于：
（1）将传统垂直气电立焊多采用的V形坡口改为I形坡口，坡口间隙为10-14mm，而传统垂直气电立焊坡口间隙随着板厚增加而增加；
（2）将传统的圆柱形焊枪设计成椭圆柱结构以适应于窄间隙坡口的焊接，为了保证电弧与侧壁有一定夹角，通过两个不对称齿轮将焊丝弯曲，使得焊丝可在坡口内来回摆动；
（3）经过大量焊接试验，拟合出坡口间隙d（mm）、板厚h（mm）和焊接热输入Q（KJ/cm）的关系式：Q=0.8h+20*(d-10)。
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