CN114603238A

CN114603238A - 一种海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法

Info

Publication number: CN114603238A
Application number: CN202210348650.XA
Authority: CN
Inventors: 贾晓燕; 程尚华; 王世达; 王旭; 朱永强; 李晓明; 罗运良; 白晓科; 李梅豹; 孙爱丽
Original assignee: Penglai Jutal Offshore Engineering Heavy Industries Co ltd
Current assignee: Penglai Jutal Offshore Engineering Heavy Industries Co ltd
Priority date: 2022-04-01
Filing date: 2022-04-01
Publication date: 2022-06-10

Abstract

本发明公开了一种海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，包括如下步骤：板材下料，板材待焊接边缘进行坡口加工；利用板材焊接接头组对，组成预制方通结构焊接接头；采用金属粉芯焊丝并利用半自动气体保护焊在焊接接头位置进行封底焊接；采用药芯焊丝并利用半自动气体保护焊在焊接接头位置进行填充焊接；采用药芯焊丝并利用半自动气体保护焊在焊接接头位置进行盖面焊接。本发明能够对海洋工程方通结构预制焊接节点进行焊接，焊接效果好，焊接操作简便。

Description

一种海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法。

背景技术

在海洋工程及模块类项目中，有大量的方通杆件的组装焊接这样焊接难度大同时质量要求高的焊接接头形式。

在焊接过程中，对于大管径方通的焊接，通常采用双面焊，第一道工序就是打底焊接，正常情况下采用CO₂气体保护焊打底，埋弧焊填充盖面，背部气刨清根。采用此工艺时，CO₂气保焊打底会产生很多如气孔、夹渣、未焊透等缺陷，为了得到合格的焊缝，需要背部气刨清根，缺陷的多少与深浅与气刨工作量有着直接的影响，因此对焊工技能又提出一定的要求，气刨后的坡口外观经常不是很规则，会增加后续的焊接难度，平时焊接缺陷也容易在根部出现。同时，气刨工作噪音大，烟尘多，作业环境恶劣，消耗大量的碳棒与电能。气刨后还需要对气刨后的焊道进行大工作量的打磨才能进行埋弧焊的焊接，耗时耗力，成本高。

对于小直径圆管、方通组装预制节点来说，则必须采用单面焊接双面成型的焊接工艺。从现有技术来分析，若采用焊条电弧焊(SMAW)，质量相对有保证，但效率较低。用熔化极气体保护焊(GMAW)，并采用表面张力过渡技术(STT)进行打底焊，此种方法效率较高，但经常产生根部未熔合而导致返修，因此有不少的海洋工程类企业拒绝使用表面张力过渡技术(STT)进行打底焊。

有鉴于此，实有必要提供一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的至少一个缺点，提供一种海洋工程方通预制结构接头的新焊接工艺方法，能够有效解决上述问题，无需清根操作，工艺简单，节约成本，焊接质量好。

本发明提供一种海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，包括以下步骤：

S1、板材下料，将板材待焊接边缘进行坡口加工；

S2、将加工出坡口的板材进行焊接接头组对，组成预制方通结构焊接接头，所述预制方通结构焊接接头的坡口、组对间隙及钝边满足预设组对技术要求；

S3、采用金属粉芯焊丝并利用半自动气体保护焊在焊接接头位置对组对完成的预制方通进行封底焊接；

S4、采用药芯焊丝并利用半自动气体保护焊在焊接接头位置对封底焊接完成的预制方通进行填充焊接；

S5、采用药芯焊丝并利用半自动气体保护焊在焊接接头位置对填充焊接完成的预制方通进行盖面焊接。

优选的，在所述步骤S1中，所述板材厚度为10mm或32mm,所述坡口为T型单边V型坡口，坡口角度为45°；所述组对间隙范围为2-4mm，所述钝边尺寸范围为0-1mm。

优选的，在1G,2G和4G位置焊接时，焊枪进行正常摆动进行焊接操作；在3G位置焊接时，焊枪靠近所述T型单边V型坡口的直坡口侧焊接。

优选的，在所述步骤S1中，所述板材厚度为32mm,所述坡口为T型单边V型坡口，坡口角度为45°，坡口根部以半径6mm的尺寸圆弧过渡；所述组对间隙范围为2-4mm，所述钝边尺寸为2mm。

优选的，在1G,2G，3G和4G位置焊接时，焊枪正常摆动进行焊接操作。

优选的，所述步骤S4中的填充焊接与所述步骤S5中的盖面焊接采用的药芯焊丝型号相同。

优选的，步骤S3中所述板材厚度不大于25mm，所述封底焊接采用氩气与二氧化碳作为保护气体进行焊接，气体喷嘴直径为9mm，焊丝干伸长尺寸范围为10～15mm，保护气体流速为15L/min～20L/min，1G,2G,4G位置焊接电流范围为125～145A，3G位置焊接电流范围为105～125A，焊接热输入范围为0.7KJ/mm～1.1KJ/mm。

优选的，步骤S3中所述板材厚度大于25mm，所述封底焊接保护气体为氩气与二氧化碳，气体喷嘴直径为9mm，焊丝干伸长尺寸范围为10～15mm，保护气体流速为15L/min～20L/min，1G,4G位置焊接电流范围为150～180A，2G位置焊接电流范围为180～210A，3G位置焊接电流范围为120～150A，焊接热输入范围为0.7KJ/mm～1.1KJ/mm。

优选的，步骤S4中所述填充焊接保护气体为二氧化碳，气体喷嘴直径为20mm，焊丝干伸长尺寸范围为15～20mm，保护气体流速为15L/min～20L/min，焊接电流范围为150～250A，焊接电压范围为20～28V，焊接速度范围为160mm/min～350mm/min，焊接热输入范围为0.9KJ/mm～2.3KJ/mm。

优选的，步骤S5中所述盖面焊接保护气体为二氧化碳，气体喷嘴直径为20mm，焊丝干伸长尺寸范围为15～20mm，保护气体流速为15L/min～20L/min，焊接电流范围为190～210A，焊接电压范围为20～25A，焊接速度为160mm/min～400mm/min，焊接热输入范围为1.0KJ/mm～1.5KJ/mm。

与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：

本发明封底焊接、填充焊接以及盖面焊接均采用半自动气体保护焊接工艺进行焊接，能够对海洋工程方通结构预制焊接节点进行焊接，焊接效果好，焊接操作简便。另外，本发明采用普通气保焊机就可以完成填充焊接及盖面焊接的全部焊接步骤，适用性高，只需在封底焊接步骤与填充步骤之间更换一次焊丝，焊接步骤大大简化，避免了不断更换焊接设备和焊丝的问题，降低了焊接到的劳动强度，提高焊接效率，更加适用于海洋工程，大大降低方通钢结构节点的焊接成本。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附

图中：

图1为本发明的海洋工程方通结构焊接接头结构示意图；

图2为母材坡口结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

方通结构由4片板材组成，在每两块板材连接处，其中一侧板材开45°坡口，使板材焊接处组合成T型单边V型坡口结构。

海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，具体步骤包括：

1、选料：

预制方通试验母材的板材选用EN10025-3 S355NL材料，共4块，板材宽450mm，长1000mm，壁厚h为10mm,试验母材间组合的坡口型式为T型单边V型坡口，坡口角度α为45°，坡口间隙L为2-4mm，钝边a为0-1mm。

2、试验：

焊接时充分模拟现场进行全位置焊接，焊接方法选择的是熔化极气体保护焊，采用RMD打底焊技术，焊机选用的型号为Miller Pipe Pro 300，打底焊接材料选用的是金属粉芯焊丝SC-70ML。

对于预制方通的4条焊缝，让焊工在1G、2G、3G和4G位置进行焊接操作练习，通过多次焊接，观察背部成型情况和焊工操作过程的体会，选择在每个位置成型良好，焊工操作相对容易的焊接参数，并记录每个位置的焊接参数。

焊接操作练习完成之后，对于10mm厚的预制方通，一共有4条焊缝，每条焊缝选择一个位置，分别从1G、2G、3G和4G位置施焊。

首先进行封底焊接，封底焊接选用现代焊接技术有限公司的焊丝牌号为SC-70ML的金属粉芯焊丝进行半自动气体保护焊，封底焊接参数如表1所示。

表1为实施例1封底焊接参数表

然后进行填充焊接，填充焊材选用昆山京群科技有限公司生山的焊丝牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝进行半自动气体保护焊，填充所有焊道，填充焊接参数如表2所示。

表2为实施例1填充焊接参数表

最后进行盖面焊接，盖面焊材选用昆山京群科技有限公司生山的焊丝牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝进行半自动气体保护焊，盖面焊接参数如表3所示。

表3为实施例1盖面焊接参数表

名称	参数
		保护气体类型	CO<sub>2</sub>
气体喷嘴直径	20mm
		焊丝干伸长	15～20mm
保护气体流速	15L/min～20L/min
		焊接电流	190～210A
焊接电压	20～25V
		焊接速度	160mm/min-400mm/min
焊接热输入	1.0KJ/mm～1.5KJ/mm

在上述焊接完成后，针对完成焊接的焊缝，进行NDT检测，并通过金相试样来检测根部熔合情况。

检测结果表明，10mm壁厚的预制方通焊接接头焊缝熔合良好，没有缺陷。

实施例2

本实施例与实施例1相同，不同之处在于改变了预制方通试验母材的板材壁厚，厚度h为32mm，具体步骤如下：

1、选料：

预制方通试验母材的板材选用EN10025-3 S355NL材料，共4块，板材宽450mm，长1000mm，壁厚h为32mm,试验母材的组合的坡口型式为T型单边V型坡口，坡口角度α为45°，坡口间隙L为2-4mm，钝边a为0-1mm。

2、试验：

对于预制方通的4条焊缝，让焊工在1G、2G、3G和4G位置进行焊接操作练习，通过多次焊接，观察背部成型情况和焊工操作过程的体会，选择在每个位置成型良好，焊工操作相对容易的焊接参数，并记录在每个位置的焊接参数。

焊接操作练习完成之后，对于32mm厚的预制方通，一共有4条焊缝，每条焊缝选择一个位置，分别从1G、2G、3G和4G位置施焊，焊接情况如下：

首先进行封底焊接，封底焊接选用现代焊接技术有限公司的焊丝牌号SC-70ML的金属粉芯焊丝进行半自动气体保护焊，封底焊接参数如表4所示。

表4为实施例2封底焊接参数表

然后进行填充焊接，填充焊材选用昆山京群科技有限公司生山的焊丝牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝进行半自动气体保护焊，填充所有焊道，填充焊接参数如表5所示。

表5为实施例2填充焊接参数表

名称	参数
		保护气体类型	CO<sub>2</sub>
气体喷嘴直径	20mm
		焊丝干伸长	15～20mm
保护气体流速	15L/min～20L/min
		焊接电流	150～250A
焊接电压	20～28V
		焊接速度	160mm/min-350mm/min
焊接热输入	0.9KJ/mm～2.3KJ/mm

最后进行盖面焊接，盖面焊材选用昆山京群科技有限公司生山的焊丝牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝进行半自动气体保护焊，盖面焊接参数如表6所示。

表6为实施例2盖面焊接参数表

检测结果表明，对于32mm壁厚的预制方通试验母材的焊接，2G和4G位置的焊接质量比较稳定，根部能完全熔合，1G也未出现缺陷，然而在3G位置，斜边侧出现了凹槽，经过测量，凹槽深度小于0.5mm，按照工艺标准要求达到合格标准，但是在实际工件的焊接中，无法利用金相照片来判断是否合格，只能通过UT来检测，而对于刚刚能够满足标准要求的焊缝，在UT检测人员的实际判断中，具有一定判断难度，很容易造成误判，而且焊工水平不一，也容易造成3G位置焊接质量达不到工艺要求的情况。

对于32mm壁厚的预制方通在单边V型坡口形式焊缝的焊接时，3G位置焊接难度最大，焊接质量最不稳定，1G次之，2G和4G位置焊接质量最稳定，采用该技术焊接时首选2G和4G位置以及该位置的相应参数进行焊接。

实施例3

本发明实施例与实施例2相同，不同之处在于改变了部分坡口结构，具体为在坡口根部机加工半径为6mm的弧度，具体步骤如下：

1、选料：

预制方通试验母材的板材选用EN10025-3 S355NL材料，共4块，板材宽450mm，长1000mm，壁厚h为32mm,试验母材的组合的坡口型式为T型单边V型坡口，坡口角度α为45°，在坡口根部机加工半径R为6mm的弧度，坡口间隙L为2-4mm，钝边a为2mm。

2、试验：

对于32mm厚的预制方通，一共有4条焊缝，每条焊缝选择一个位置，分别从1G、2G、3G和4G位置施焊，焊接工艺参数如下所示：

首先进行封底焊接，封底焊接选用现代焊接技术有限公司的焊丝牌号SC-70ML的金属粉芯焊丝进行半自动气体保护焊，封底焊接参数如表7所示。

表7为实施例3封底焊接参数表

接着进行填充焊接，填充焊材选用昆山京群科技有限公司生山的焊丝牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝进行半自动气体保护焊，填充所有焊道，填充焊接参数如表8所示。

表8为实施例3填充焊接参数表

然后进行盖面焊接，盖面焊材选用昆山京群科技有限公司生山的焊丝牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝进行半自动气体保护焊，盖面焊接参数如表9所示。

表9为实施例3盖面焊接参数表

在上述焊接完成后，针对完成焊接的焊缝，进行NDT检测，并通过金相试样来检测根部熔合情况。根据金相结果检测可知，在T型单边V型坡口的根部机加工半径出6mm的弧度后，焊丝干能够伸长达到了合理的位置，这样的结果直接减小了4G位置焊接的飞溅量和3G位置的凹槽,能够有效弥补3G位置的焊接缺陷。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在......之上”、“在......上方”、“在......上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在......上方”可以包括“在......上方”和“在......下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、板材下料，将板材待焊接边缘进行坡口加工；

2.根据权利要求1所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述板材厚度为10mm或32mm,所述坡口为T型单边V型坡口，坡口角度为45°；所述组对间隙范围为2-4mm，所述钝边尺寸范围为0-1mm。

3.根据权利要求2所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，在1G,2G和4G位置焊接时，焊枪进行正常摆动进行焊接操作；在3G位置焊接时，焊枪靠近所述T型单边V型坡口的直坡口侧焊接。

4.根据权利要求1所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述板材厚度为32mm,所述坡口为T型单边V型坡口，坡口角度为45°，坡口根部以半径6mm的尺寸圆弧过渡；所述组对间隙范围为2-4mm，所述钝边尺寸为2mm。

5.根据权利要求4所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，在1G,2G，3G和4G位置焊接时，焊枪正常摆动进行焊接操作。

6.根据权利要求1所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，所述步骤S4中的填充焊接与所述步骤S5中的盖面焊接采用的药芯焊丝型号相同。

7.根据权利要求1所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，步骤S3中所述板材厚度不大于25mm，所述封底焊接采用氩气与二氧化碳作为保护气体进行焊接，气体喷嘴直径为9mm，焊丝干伸长尺寸范围为10～15mm，保护气体流速为15L/min～20L/min，1G,2G,4G位置焊接电流范围为125～145A，3G位置焊接电流范围为105～125A，焊接热输入范围为0.7KJ/mm～1.1KJ/mm。

8.根据权利要求1所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，步骤S3中所述板材厚度大于25mm，所述封底焊接保护气体为氩气与二氧化碳，气体喷嘴直径为9mm，焊丝干伸长尺寸范围为10～15mm，保护气体流速为15L/min～20L/min，1G,4G位置焊接电流范围为150～180A，2G位置焊接电流范围为180～210A，3G位置焊接电流范围为120～150A，焊接热输入范围为0.7KJ/mm～1.1KJ/mm。

9.根据权利要求1所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，步骤S4中所述填充焊接保护气体为二氧化碳，气体喷嘴直径为20mm，焊丝干伸长尺寸范围为15～20mm，保护气体流速为15L/min～20L/min，焊接电流范围为150～250A，焊接电压范围为20～28V，焊接速度范围为160mm/min～350mm/min，焊接热输入范围为0.9KJ/mm～2.3KJ/mm。

10.根据权利要求1所述的海洋工程方通结构预制焊接节点的新焊接工艺方法，其特征在于，步骤S5中所述盖面焊接保护气体为二氧化碳，气体喷嘴直径为20mm，焊丝干伸长尺寸范围为15～20mm，保护气体流速为15L/min～20L/min，焊接电流范围为190～210A，焊接电压范围为20～25A，焊接速度为160mm/min～400mm/min，焊接热输入范围为1.0KJ/mm～1.5KJ/mm。