CN109483025B - 一种船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法，具体包括以下步骤：固定焊接工件，安装埋弧焊自动焊机；以设定的焊接电流、焊接电压以及第一焊接速度沿轨道焊接一层成型层；保持焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度调整为第二焊接速度，在成型层焊缝表面焊接填充层；保持焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度调整为第三焊接速度，在成型层焊缝表面焊接盖面层；对焊缝进行力学性能测试、硬度测试以及剖面宏观图像分析。本发明能够保证船体大接头横焊的接头成型、拉伸弯曲应力、冲击韧性、硬度等性能，避免出现传统CO2气保手工焊容易造成的气孔、咬边、夹渣、未熔合等焊接缺陷，有效保证了一次性拍片合格率和产品验收率。

Description

一种船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法

技术领域

本发明是2018年4月17日发明专利201810341658.7的分案申请。

本发明涉及船体接缝焊接技术领域，特别是涉及一种船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法。

背景技术

埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为重要钢结构制作中的主要焊接方法。

埋弧焊在船舶建造中应用较为广泛，但由于它自身的特性，一直只在平面位置上用。在船舶外板焊接中，有着大量的横向位置的大接头，目前都是靠手工或半自动的焊接方式，焊接质量以及焊接进度都难以保证。

目前，通常采用粗焊丝进行焊接，不利于焊接成形，且焊接过程中，可能会出现液态金属下淌的现象，使焊缝正面和背面出现焊瘤，影响焊接质量，焊接稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法，具体包括以下步骤：

步骤1：焊前预处理：

首先，将待焊工件横向固定在船体舷侧，根据焊缝坡口位置和方向固定轨道，将埋弧自动焊机设置在轨道上；然后，设定焊接参数；

步骤2：焊接成型层：

将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将实心焊丝伸长至焊缝坡口根部，然后，开启焊枪并调整电弧长度使电弧对准在焊缝坡口根部，以设定的焊接电流、焊接电压、以及设定的第一焊接速度沿焊接轨道焊接一层成型层，焊接时采用焊剂进行保护；

步骤3：焊接填充层：

保持焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度调整为第二焊接速度，在成型层焊缝表面焊接填充层，焊接时采用焊剂进行保护；所述填充层包括两道焊道，分别位于成型层焊缝表面的下口和上口；

步骤4：焊接盖面层：

保持焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度调整为第三焊接速度，在成型层焊缝表面焊接盖面层，焊接时采用焊剂进行保护；所述盖面层包括三道焊道，分别位于成型层焊缝表面的下口、中间位置和上口；

步骤5：焊接完成后，对所有焊缝的表面进行处理，并采用CO₂气保焊对焊缝背面进行修补，使焊缝表面成型良好，然后进行力学性能测试、硬度测试以及剖面宏观图像分析。

进一步地，所述步骤2中焊接成型层时，焊接电流为321-350A，焊接电压为33-36V，焊接速度为32-35cm/min；

步骤3中焊接填充层时，焊接电流为321-350A，焊接电压为33-36V，焊接速度为32.3cm/min-42.8cm/min；

步骤4中焊接盖面层时，焊接电流为321-350A，焊接电压为33-36V，焊接速度为50.5-55.5cm/min。

进一步地，所述步骤3中焊接填充层的具体步骤为：

首先，将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将实心焊丝放置在成型层焊缝表面下口，保持焊枪的焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度提高至32.3cm/min-42.8cm/min，沿着焊接轨道焊接填充层的第一道焊道；

然后，将实心焊丝放置在成型层焊缝表面上口，以相同的焊接电流、焊接电压和焊接速度，沿着焊接轨道匀速移动焊接填充层的第二道焊道。

进一步地，所述步骤4中焊接盖面层的具体步骤为：

首先，将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将实心焊丝放置在成型层焊缝表面下口，保持焊枪的焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度提高至50.5-55.5cm/min，沿着焊接轨道焊接盖面层的第一道焊道；

然后，将实心焊丝放置在成型层焊缝表面的中间位置，沿着焊接轨道焊接盖面层的第二道焊道；

最后，将实心焊丝放置在成型层焊缝表面的上口，沿着焊接轨道焊接盖面层的第三道焊道。

进一步地，所述实心焊丝采用的是直径为1.4mm-1.6mm的焊丝，焊丝干伸长度为20mm-25mm，焊接时层间温度为150℃。

进一步地，所述实心焊丝的型号为GWL-14H，焊剂的型号为GXL-122。

进一步地，所述焊接坡口的上坡口角度为35°，下坡口角度为25°。

进一步地，所述轨道通过设置在其底部的磁铁吸附固定在待焊工件上，埋弧自动焊机悬挂在轨道上。

进一步地，所述轨道应与焊缝相平行，上、下两个待焊工件之间保留有0-3mm的装配间隙。

本发明的积极有益效果：

1、本发明的船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法，采用直径为1.4mm-1.6mm的细焊丝对船体横向接缝进行焊接，包括成型层的焊接、填充层的焊接以及盖面层的焊接。采用细焊丝进行焊接，有利于焊接成形的控制，可操作性强，避免焊接过程中出现液态金属下淌的现象，保证焊缝的美观性。

2、焊接时，通过采用合理的焊接参数，能够保证船体大接头横焊的接头成型、拉伸弯曲应力、冲击韧性、硬度等性能，避免出现传统CO2气保手工焊容易造成的气孔、咬边、夹渣、未熔合等焊接缺陷，有效保证了一次性拍片合格率和产品验收率，为实现船舶自动化提供了进一步的保障。同时本发明的埋弧自动焊焊接方法也获得中国船级社（CCS）和挪威船级社（DNV）的验证认可。

3、埋弧自动焊机通过磁性轨道固定在船舶外板，能够将埋弧焊适用于船舶焊接领域，提高了焊接质量和焊接效率，且焊接稳定性也大大提高、大幅度降低了焊材价格。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明焊接的流程图。

图2为焊接试样的宏观金相分析图。

图3为焊接试样的测量点分布图。

图4为埋弧自动焊机的固定状态示意图。

图中标号的具体含义为：A为左侧母材，B为左侧热影响区，C为焊缝，D为右侧热影响区，E为右侧母材，1为待焊工件，2为焊缝，3为轨道，4为磁铁，5为埋弧自动焊机，6为焊剂自动回收装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

结合图1说明本实施方式，本发明的船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法，采用直径为1.4mm-1.6mm的细焊丝对船体横向接缝进行焊接，包括成型层的焊接、填充层的焊接以及盖面层的焊接。焊接时，通过采用合理的焊接参数，能够保证船体大接头横焊的接头成型、拉伸弯曲应力、冲击韧性、硬度等性能，避免出现传统CO2气保手工焊容易造成的气孔、咬边、夹渣、未熔合等焊接缺陷，有效保证了一次性拍片合格率和产品验收率，为实现船舶自动化提供了进一步的保障。同时本发明的埋弧自动焊焊接方法也获得中国船级社（CCS）和挪威船级社（DNV）的验证认可。

本发明的船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法，具体包括以下步骤：

步骤1：焊前预处理：

首先，将待焊工件1横向固定在船体舷侧，使上、下两个待焊工件1之间保留有0-3mm的装配间隙，并使焊接坡口的上坡口角度为35°，下坡口角度为25°。

然后，根据焊缝2坡口位置和方向固定轨道3，轨道3可通过多种方式固定在待焊工件1上，但在固定时应使轨道3应与所述焊缝2相平行。在本实施例中，轨道3上安装固定有6块磁铁4，轨道3通过磁铁4吸附在待焊工件1的上。轨道3固定好之后，将埋弧自动焊机5悬挂在轨道3上，焊接上设置有焊剂自动回收装置6。磁铁的吸附力应大于轨道和埋弧自动焊机的重量，防止焊接中途，轨道和埋弧自动焊接突然掉落。

然后，向埋弧自动焊机5的控制器中输入三组焊接参数，分别为成型层的焊接参数、焊接层的焊接参数和盖面层的焊接参数。

具体地，在设定各焊接层的焊接参数时，成型层的焊接电流为321 A -350A，焊接电压为33 V -36V，焊接速度为32 cm/min -35cm/min；填充层的焊接电流为321 A -350A，焊接电压为33 V -36V，焊接速度为32.3cm/min-42.8cm/min；盖面层的焊接电流为321 A -350A，焊接电压为33 V -36V，焊接速度为50.5 cm/min -55.5cm/min。

步骤2：焊接成型层：

将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将实心细焊丝伸长至焊缝坡口根部，焊丝的干伸长度为20mm-25mm，然后，开启焊枪并调整电弧长度使电弧精准地对准在焊缝坡口根部，以321 A -350A的焊接电流、33 V -36V的焊接电压、以及32 cm/min -35cm/min的焊接速度沿焊接轨道焊接一层成型层。焊接时，在焊缝处覆盖一层焊机，连续送进的焊丝在焊剂层下与焊件间产生电弧，电弧的热量使焊丝、工件和焊剂熔化，形成金属熔池，使它们与空气隔绝。随着焊机自动向前移动，电弧不断融化前方的焊件金属、焊丝及焊剂，而熔池后方的边缘开始冷却凝固形成焊缝，液态熔渣随后也冷凝形成坚硬的渣壳。未融化的焊剂可回收至焊机上焊剂回收装置内，进行回收再利用。所述实心细焊丝可采用直径为1.4mm-1.6mm的焊丝，本实施例中，采用的是直径为1.6mm的GWL-14H焊丝，焊接时采用GXL-122焊剂进行保护。

步骤3：焊接填充层：

保持焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度调整为32.3cm/min-42.8cm/min，填充层的焊接速度大于成型层的焊接速度。然后，依然采用1.6mm的GWL-14H焊丝在成型层焊缝表面焊接填充层，所述填充层包括两道焊道，分别位于成型层焊缝表面的下口和上口。

所述填充层的具体焊接步骤为：首先，将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将实心焊丝放置在成型层焊缝表面下口，保持焊枪的焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度提高至32.3cm/min-42.8cm/min，开启焊枪并沿轨道缓慢移动，焊接填充层的第一道焊道，焊接时采用GXL-122焊剂进行保护。然后，将焊丝放置在成型层焊缝表面上口，以相同的焊接电流、焊接电压和焊接速度，沿着轨道匀速移动焊接填充层的第二道焊道，焊接时采用GXL-122焊剂进行保护。

步骤4：焊接盖面层：

保持焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度调整为50.5 cm/min -55.5cm/min，依然采用1.6mm的GWL-14H焊丝在成型层焊缝表面焊接盖面层，所述盖面层包括三道焊道，分别位于成型层焊缝表面的下口、中间位置和上口。

所述盖面层的具体焊接步骤为：首先，将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将1.6mm的焊丝放置在成型层焊缝表面下口，保持焊枪的焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度提高至50.5-55.5cm/min，开启焊枪并沿着轨道焊接盖面层的第一道焊道。然后，将焊丝放置在成型层焊缝表面的中间位置，沿着轨道焊接盖面层的第二道焊道。最后，将焊丝放置在成型层焊缝表面的上口，沿着轨道焊接盖面层的第三道焊道。

焊接时层间温度控制在150℃。

步骤5：焊接完成后，对所有焊缝的表面进行处理，并采用CO2气保焊对焊缝背面进行修补，使焊缝表面成型良好，然后进行剖面宏观图像分析、力学性能测试以及硬度测试。

剖面宏观图像分析结果如图2所示。

力学性能测试结果如下表所示：

硬度测试时，在焊接好的工件上选取出19组测量点，如图3所示，其中左侧母材上选取出3组测量点，左侧热影响区选取出5组测量点，焊缝区选取出3组测量点，右侧热影响区选取出5组测量点，右侧母材上选取出3组测量点，分别测定出各测量点处的硬度。硬度测试结果如下表所示：

从剖面宏观图像分析图、力学性能测试数据、硬度测试数据可知，焊接试样的焊缝符合焊接标准要求，焊缝美观。本发明的横向埋弧自动焊工艺也获得了中国船级社（CCS）和挪威船级社（DNV）验证认可。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (3)

1.一种船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法,其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：焊前预处理：

首先，将待焊工件横向固定在船体舷侧，根据焊缝坡口位置和方向固定轨道，将埋弧自动焊机设置在轨道上；然后，设定焊接参数；

步骤2：焊接成型层：

将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将实心焊丝伸长至焊缝坡口根部，然后，开启焊枪并调整电弧长度使电弧对准在焊缝坡口根部，以设定的焊接电流、焊接电压、以及设定的第一焊接速度沿轨道焊接一层成型层，焊接时采用焊剂进行保护；

步骤3：焊接填充层：

保持焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度调整为第二焊接速度，在成型层焊缝表面焊接填充层，焊接时采用焊剂进行保护；所述填充层包括两道焊道，分别位于成型层焊缝表面的下口和上口；焊接填充层的具体步骤为：先将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将实心焊丝放置在成型层焊缝表面下口，保持焊枪的焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度提高至32.3cm/min-42.8cm/min，沿着轨道焊接填充层的第一道焊道，然后将实心焊丝放置在成型层焊缝表面上口，以相同的焊接电流、焊接电压和焊接速度，沿着轨道匀速移动焊接填充层的第二道焊道；

步骤4：焊接盖面层：

保持焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度调整为第三焊接速度，在填充层焊缝表面焊接盖面层，焊接时采用焊剂进行保护；所述盖面层包括三道焊道，分别位于填充层焊缝表面的下口、中间位置和上口；焊接盖面层的具体步骤为：先将埋弧自动焊机上的焊枪对准焊缝坡口，将实心焊丝放置在填充层焊缝表面下口，保持焊枪的焊接电流和焊接电压不变，将焊接速度提高至50.5-55.5cm/min，沿着轨道焊接盖面层的第一道焊道；然后将实心焊丝放置在填充层焊缝表面的中间位置，沿着轨道焊接盖面层的第二道焊道；最后将实心焊丝放置在填充层焊缝表面的上口，沿着轨道焊接盖面层的第三道焊道；

步骤5：焊接完成后，对所有焊缝的表面进行处理，并采用CO2气保焊对焊缝背面进行修补，使焊缝表面成型良好，然后进行力学性能测试、硬度测试以及剖面宏观图像分析;

所述实心焊丝采用的是直径为1.4mm-1.6mm的焊丝，焊丝干伸长度为20mm-25mm，焊接时层间温度为150℃。

2.根据权利要求1所述的船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤2中焊接成型层时，焊接电流为321-350A，焊接电压为33-36V，焊接速度为32-35cm/min；焊接填充层时，焊接电流为321-350A，焊接电压为33-36V，焊接速度为32.3cm/min-42.8cm/min。

3.根据权利要求1所述的船体横向大接缝埋弧自动焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤4中焊接盖面层时，焊接电流为321-350A，焊接电压为33-36V，焊接速度为50.5-55.5cm/min。

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