CN110039153B - 一种适用于中厚板双面成型的焊接方法 - Google Patents

一种适用于中厚板双面成型的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于中厚板双面成型的焊接方法，属于中厚板焊接技术领域，包括以下步骤：正面打底焊接‑‑背面打底焊接‑‑填充焊接‑‑盖面焊接，本发明正面打底焊接及背面打底焊接采用两台焊接机器人分别夹持一套单丝焊枪同时对称焊接，以便省略清根工序，保证焊接工序顺利进行，同时，根据中厚板多层多道焊接工艺顺序，填充焊接和盖面焊接采用一台焊接机器人夹持一套双丝焊枪进行坡口正面、坡口背面反复焊接，保证焊接后的中厚板变形量最小，提高焊接效率及质量，焊接后中厚板的焊缝具有较好的对称性、均匀性和一致性，缺陷少。

Description

一种适用于中厚板双面成型的焊接方法
技术领域
本发明属于中厚板焊接技术领域，具体地说涉及一种适用于中厚板双面成型的焊接方法。
背景技术
目前，由于船舶制造、海洋工程、压力容器、重型机械等行业设备的大型化及重型化，特别是大型金属结构的用量高速增加，使得中厚板对接焊的应用越来越普遍，造成焊接工作量的大幅增加，再加上焊接生产劳动力成本的增加，因此对焊接生产效率提出了越来越高的要求，自动化焊接技术已成为目前制造业最为关心的关键技术之一。
比如，中部槽是刮板输送机的重要部件，大部分为铸焊结构，平均一部刮板输送机约有100-200节中部槽，属于小批量结构件，中部槽主要由槽帮钢(铸造调质合金钢)及中底板(耐磨钢)焊接而成，焊缝形式主要为“X”或“K”型焊缝，以及附件(如弯板、齿轨座等)的角焊缝等，其焊接属于中厚板焊接，长期以来都采用人工焊接方式，少数辅助以焊接专机形式，从技术的角度，主要存在以下原因导致自动化焊接技术应用受阻：
1、由于煤矿机械非标特点，中部槽属于多品种小批量产品，不同型号的产品如果需要使用机器人焊接就需要编制不同的程序，中部槽成型要求高，焊缝长度大，程序编制较复杂。
2、中部槽尺寸、重量较大，拼装普遍采用人工定位工装及增加加强筋的方式，目前已有的机器人焊接试验***都采用的是人工上下料，工件翻转也都需人工操作、不但生产效率低，而且生产安全难以保障。
3、使用1个焊接机器人对两条槽帮钢与中底板的两条对称焊缝分别进行焊接，会造成两条焊缝的均匀性和一致性较差，容易存在缺陷和出现裂纹的隐患。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种适用于中厚板双面成型的焊接方法，提高焊接效率，保证焊接后的焊缝具有对称性、均匀性和一致性好，缺陷少。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于中厚板双面成型的焊接方法，包括以下步骤：
S1、点焊：将两块中厚板的坡口通过点焊对接呈一体并形成焊缝，对接间隙为1.5-2mm；
S2、预热：采用火焰预热***对焊缝进行焊前预热至80-150℃；
S3、打底焊接：采用两台焊接机器人分别夹持一套单丝焊枪，在坡口正面、坡口背面分别进行正面打底焊接、背面打底焊接，且背面打底焊接的焊接机器人开始时间晚于正面打底焊接的焊接机器人开始时间0.5-1s；
S4、填充焊接：采用一台焊接机器人夹持一套双丝焊枪进行填充焊接，在坡口正面进行正面一次填充焊接，将两块中厚板翻转，在坡口背面进行背面一次填充焊接，在坡口背面进行背面二次填充焊接，将两块中厚板翻转，在坡口正面进行正面二次填充焊接，重复翻转与填充焊接，直至根据坡口形状及大小设定的焊接机器人焊接程序填充焊接结束；
S5、盖面焊接：采用一台焊接机器人夹持一套双丝焊枪进行盖面焊接；
若填充焊接最末层时，双丝焊枪停留在坡口正面，则在坡口正面进行正面盖面焊接，将两块中厚板翻转，在坡口背面进行背面盖面焊接；
若填充焊接最末层时，双丝焊枪停留在坡口背面，则在坡口背面进行背面盖面焊接，将两块中厚板翻转，在坡口正面进行正面盖面焊接。
发明人在长期实践中发现：坡口正面和坡口背面同时进行打底焊接时，存在焊缝成型差、飞溅大的缺陷。分析原因为：同时焊接时，熔滴在焊接过程同时受两侧的电弧力作用，不平衡的电弧力使得熔滴飞溅，焊缝成型差，因此，发明人经多次试验优选出：背面打底焊接的开始时间晚于正面打底焊接的开始时间0.5-1s，焊缝成型好。打底焊接保证焊缝成型良好，保证熔深，无缺陷，飞溅小；填充焊接及盖面焊接保证焊缝满焊，无咬边等缺陷。
优选地，所述焊缝形状为“X”型或“K”型。
优选地，所述正面打底焊接采用脉冲模式，焊接参数如下：
起弧时，送丝速度230-250mm/min，回烧0.02s；
焊接时，送丝速度230-250mm/min；
收弧时，送丝速度150-170mm/min；
摆弧频率2-2.5Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊接速度为5.5-6.0mm/s，焊接电流240-250A，焊接电压25-27V，焊丝直径为1.2-1.4mm。
优选地，所述背面打底焊接采用脉冲模式，焊接参数如下：
起弧时，送丝速度260-280mm/min，回烧0.02s；
焊接时，送丝速度260-280mm/min；
收弧时，送丝速度150-170mm/min；
摆弧频率2.0-2.5Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊接速度为5.5-6.0mm/s，焊接电流250-260A，焊接电压26-28V，焊丝直径为1.2-1.4mm。
脉冲模式下，坡口正面飞溅量明显减小，坡口背面成型不平整的现象明显改善。同时，发明人发现：当正面打底焊接与背面打底焊接采用相同的焊接参数时，坡口正面焊缝成型很窄，坡口背面焊缝成型较宽，深究原因为：脉冲焊接熔深较恒压的大，坡口正面熔覆金属通过间隙过渡到坡口背面的量较多，导致坡口正面焊缝窄而坡口背面焊缝宽，发明人降低了坡口正面的焊接电流及焊接电压，以保证两侧的焊缝成型基本一致。
优选地，所述填充焊接的焊接参数为：
焊接电流270-290A，焊接电压28-30V，送丝速度300-310mm/min，焊接速度5.0-5.5mm/s，摆弧频率1.7-2.0Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
优选地，所述盖面焊接的焊接参数为：
焊接电流270-290A，焊接电压28-30V，送丝速度300-310mm/min，焊接速度4.5-5.0mm/s，摆弧频率1.7-2.0Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
优选地，所述正面打底焊接、背面打底焊接采用氩气、二氧化碳混合气作为保护气，气体流量为16-18L/min，所述填充焊接、盖面焊接采用氩气、二氧化碳混合气作为保护气，气体流量为18-20L/min。
优选地，所述正面打底焊接、背面打底焊接、填充焊接、盖面焊接均为多道焊接，层间温度100-150℃。
优选地，所述点焊前预热温度为90-110℃，点焊电流200-220A，点焊电压23-25V，送丝速度270-280mm/min，焊接速度5-5.5mm/s，摆弧频率2-2.4Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
本发明的有益效果是：
正面打底焊接及背面打底焊接采用两台焊接机器人分别夹持一套单丝焊枪同时对称焊接，以便省略清根工序，保证焊接工序顺利进行，同时，填充焊接和盖面焊接采用一台焊接机器人夹持一套双丝焊枪双面轮流焊接，保证焊接后的中厚板变形量最小，提高焊接效率及质量，焊接后中厚板的焊缝具有较好的对称性、均匀性和一致性，缺陷少。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
一种适用于中厚板双面成型的焊接方法，包括以下步骤：
S1、点焊：将两块中厚板的坡口通过点焊对接呈一体并形成焊缝，焊缝形状为“X”型或“K”型，对接间隙为1.5-2mm，点焊前预热温度为90-110℃，点焊电流200-220A，点焊电压23-25V，送丝速度270-280mm/min，焊接速度5-5.5mm/s，摆弧频率2-2.4Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
S2、预热：采用火焰预热***对焊缝进行焊前预热至80-150℃。
S3、打底焊接：采用两台焊接机器人分别夹持一套单丝焊枪，在坡口正面、坡口背面分别进行正面打底焊接、背面打底焊接，且背面打底焊接的焊接机器人开始时间晚于正面打底焊接的焊接机器人开始时间0.5-1s。
具体的，正面打底焊接采用脉冲模式，焊接参数如下：起弧时，送丝速度230-250mm/min，回烧0.02s；焊接时，送丝速度230-250mm/min；收弧时，送丝速度150-170mm/min；摆弧频率2-2.5Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊接速度为5.5-6.0mm/s，焊接电流240-250A，焊接电压25-27V，焊丝直径为1.2-1.4mm。
具体的，所述背面打底焊接采用脉冲模式，焊接参数如下：起弧时，送丝速度260-280mm/min，回烧0.02s；焊接时，送丝速度260-280mm/min；收弧时，送丝速度150-170mm/min；摆弧频率2.0-2.5Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊接速度为5.5-6.0mm/s，焊接电流250-260A，焊接电压26-28V，焊丝直径为1.2-1.4mm。
S4、填充焊接：采用一台焊接机器人夹持一套双丝焊枪进行填充焊接，在坡口正面进行正面一次填充焊接，将两块中厚板翻转，在坡口背面进行背面一次填充焊接，在坡口背面进行背面二次填充焊接，将两块中厚板翻转，在坡口正面进行正面二次填充焊接，重复翻转与填充焊接，直至根据坡口形状及大小设定的焊接机器人焊接程序填充焊接结束。
具体的，填充焊接的焊接参数为：焊接电流270-290A，焊接电压28-30V，送丝速度300-310mm/min，焊接速度5.0-5.5mm/s，摆弧频率1.7-2.0Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
S5、盖面焊接：采用一台焊接机器人夹持一套双丝焊枪进行盖面焊接，具体的，盖面焊接的焊接参数为：焊接电流270-290A，焊接电压28-30V，送丝速度300-310mm/min，焊接速度4.5-5.0mm/s，摆弧频率1.7-2.0Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
若填充焊接最末层时，双丝焊枪停留在坡口正面，则在坡口正面进行正面盖面焊接，将两块中厚板翻转，在坡口背面进行背面盖面焊接。
若填充焊接最末层时，双丝焊枪停留在坡口背面，则在坡口背面进行背面盖面焊接，将两块中厚板翻转，在坡口正面进行正面盖面焊接。
此外，所述正面打底焊接、背面打底焊接采用氩气、二氧化碳混合气作为保护气，气体流量为16-18L/min，所述填充焊接、盖面焊接采用氩气、二氧化碳混合气作为保护气，气体流量为18-20L/min。所述正面打底焊接、背面打底焊接、填充焊接、盖面焊接均为多道焊接，层间温度100-150℃。
实施例二：
本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
所述中厚板包括试板一和试板二。其中，试板一的参数为：材质：Hardox450，尺寸：400mm*150mm*45mm，数量：10，K型坡口30°，钝边：3mm。试板二的参数为：材质：ZG30SiMnMo，尺寸：400mm*150mm*45mm，数量：10，K型坡口30°，钝边：3mm。
点焊前预热温度为100℃，点焊电流210A，点焊电压24V，送丝速度275mm/min，焊接速度5.0mm/s，摆弧频率2.2Hz，摆弧幅度2.3mm，焊丝直径为1.2mm，采用火焰预热***对焊缝进行焊前预热至110℃。同时，坡口正面记为A面，坡口的背面记为B面。在A面率先进行打底焊接，起弧时，送丝速度240mm/min，回烧0.02s，焊接时，送丝速度240mm/min，收弧时，送丝速度160mm/min，摆弧频率2Hz，摆弧幅度2.5mm，焊接速度为5.5mm/s，焊接电流240A，焊接电压25V，焊丝直径为1.2mm，B面打底焊接的开始时间晚于A面打底焊接的开始时间0.8s，起弧时，送丝速度270mm/min，回烧0.02s，焊接时，送丝速度270mm/min，收弧时，送丝速度160mm/min，摆弧频率2.0Hz，摆弧幅度2.5mm，焊接速度为5.5mm/s，焊接电流250A，焊接电压26V，焊丝直径为1.2mm。
在A面进行第一次填充焊接，两道焊接，两根焊丝的焊接参数均为焊接电流280A，焊接电压28V，送丝速度300mm/min，焊接速度5.0mm/s，摆弧频率1.7Hz，摆弧幅度2mm，保证焊道高度一致，焊丝直径为1.2mm。在B面进行第一次填充焊接，两道焊接，焊接参数与在A面进行第一次填充焊接的参数相同，然后，依次在B面进行第二次填充焊接、在A面进行第二次填充焊接、在A面进行第三次填充焊接(三道焊接)、在B面进行第三次填充焊接(三道焊接)，焊接参数不变。
最后，先在B面进行盖面焊接，三道焊接，焊接电流280A，焊接电压28V，送丝速度300mm/min，焊接速度4.5mm/s，摆弧频率2.0Hz，摆弧幅度2.5mm，焊丝直径为1.2mm，再在A面进行盖面焊接，焊接参数不变。
按照国标要求，对焊接完毕后焊接试板进行加工，对焊接试板进行拉伸及超声波探伤试验，结果表明：焊接试板的强度符合检验要求，同时，焊接试板的内部缺陷符合检验要求。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种适用于中厚板双面成型的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、点焊：将两块中厚板的坡口通过点焊对接呈一体并形成焊缝，对接间隙为1.5-2mm；
S2、预热：采用火焰预热***对焊缝进行焊前预热至80-150℃；
S3、打底焊接：采用两台焊接机器人分别夹持一套单丝焊枪，在坡口正面、坡口背面分别进行正面打底焊接、背面打底焊接，且背面打底焊接的焊接机器人开始时间晚于正面打底焊接的焊接机器人开始时间0.5-1s；
S4、填充焊接：采用一台焊接机器人夹持一套双丝焊枪进行填充焊接，在坡口正面进行正面一次填充焊接，将两块中厚板翻转，在坡口背面进行背面一次填充焊接，在坡口背面进行背面二次填充焊接，将两块中厚板翻转，在坡口正面进行正面二次填充焊接，重复翻转与填充焊接，直至根据坡口形状及大小设定的焊接机器人焊接程序填充焊接结束；
S5、盖面焊接：采用一台焊接机器人夹持一套双丝焊枪进行盖面焊接；
若填充焊接最末层时，双丝焊枪停留在坡口正面，则在坡口正面进行正面盖面焊接，将两块中厚板翻转，在坡口背面进行背面盖面焊接；
若填充焊接最末层时，双丝焊枪停留在坡口背面，则在坡口背面进行背面盖面焊接，将两块中厚板翻转，在坡口正面进行正面盖面焊接。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊缝形状为“X”型或“K”型。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述正面打底焊接采用脉冲模式，焊接参数如下：
起弧时，送丝速度230-250mm/min，回烧0.02s；
焊接时，送丝速度230-250mm/min；
收弧时，送丝速度150-170mm/min；
摆弧频率2-2.5Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊接速度为5.5-6.0mm/s，焊接电流240-250A，焊接电压25-27V，焊丝直径为1.2-1.4mm。
4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述背面打底焊接采用脉冲模式，焊接参数如下：
起弧时，送丝速度260-280mm/min，回烧0.02s；
焊接时，送丝速度260-280mm/min；
收弧时，送丝速度150-170mm/min；
摆弧频率2.0-2.5Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊接速度为5.5-6.0mm/s，焊接电流250-260A，焊接电压26-28V，焊丝直径为1.2-1.4mm。
5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述填充焊接的焊接参数为：
焊接电流270-290A，焊接电压28-30V，送丝速度300-310mm/min，焊接速度5.0-5.5mm/s，摆弧频率1.7-2.0Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述盖面焊接的焊接参数为：
焊接电流270-290A，焊接电压28-30V，送丝速度300-310mm/min，焊接速度4.5-5.0mm/s，摆弧频率1.7-2.0Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
7.根据权利要求2-6任一所述的焊接方法，其特征在于，所述正面打底焊接、背面打底焊接采用氩气、二氧化碳混合气作为保护气，气体流量为16-18L/min，所述填充焊接、盖面焊接采用氩气、二氧化碳混合气作为保护气，气体流量为18-20L/min。
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，所述正面打底焊接、背面打底焊接、填充焊接、盖面焊接均为多道焊接，层间温度100-150℃。
9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于，所述点焊前预热温度为90-110℃，点焊电流200-220A，点焊电压23-25V，送丝速度270-280mm/min，焊接速度5-5.5mm/s，摆弧频率2-2.4Hz，摆弧幅度2-2.5mm，焊丝直径为1.2-1.4mm。
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