CN103317218A

CN103317218A - 大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法

Info

Publication number: CN103317218A
Application number: CN2012104297272A
Authority: CN
Inventors: 张华军; 黄红雨; 吴世品; 杜渝; 李洪明; 蔡春波; 杜世忠; 包孔
Original assignee: Shanghai Zhenghua Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Shanghai Zhenghua Heavy Industries Co Ltd
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2032-11-01
Also published as: CN103317218B

Abstract

本发明揭示了一种大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，包括：将大厚板拼接成双面窄间隙坡口，坡口角度为0°～1°，坡口根部钝边为2mm～4mm，坡口间隙为10mm～20mm；双面交错打底焊，第一焊枪和第二焊枪在双面前后交叉，第一焊枪和第二焊枪的焊接电弧间距f为20mm～50mm；双面同时立焊填充，第一焊枪和第二焊枪在前后双面同时同步焊接，同时进行双面填充；缓冷及后热处理；在双面交错打底焊和双面同时立焊填充过程中，第一焊枪和第二焊枪的枪头摆动，控制摆动宽度和侧壁停留时间以保证侧壁熔合良好，控制焊接速度和焊接参数以控制焊接热输入。本发明的生产效率比传统焊接提高10～15倍以上，焊接填充量减少至0.7～0.8倍，背面不需碳刨清根、实现无角变形、一层一道的焊接方式。

Description

大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法

技术领域

本发明涉及钢结构制造领域，更具体地说，涉及大厚板的焊接技术领域。

背景技术

大厚板高强钢结构在海洋工程装备、跨海大桥、舰船、海上风力发电场等海洋重型装备中广泛应用。如：钻井平台、风电安装船和抛石整平船桩腿齿条钢材料为Q690或A514钢，板厚120～170mm等。传统大厚板焊接多采用手工电弧焊和半自动焊接，多层多道焊，焊接效率低；在设计和施工上为非对称坡口，焊前预热、先焊接正面坡口、从反面碳弧气刨清根、刨槽、打磨、再预热后进行焊接。工序多，生产周期长，生产效率低，并且工人劳动强度大，生产环境恶劣；大型钢结构的刚度大，焊后产生很高的残余应力并且去应力退火有困难，费用昂贵，一旦变形难以校正。

为了解决大厚板焊接效率低下、焊接变形、焊接材料消耗量大等缺点，目前大厚板窄间隙焊接逐步开始应用，如窄间隙埋弧焊、窄间隙活性气体保护焊等，窄间隙焊接提高了焊接生产效率，节约焊接材料。

CN102275029A，题为“摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法”的中国专利申请揭示了一种摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法，用金属件厚板拼装成I型、间隙是12～16mm立向待焊坡口；根据待焊坡口的间隙和焊缝道次的不同，先选择气体保护方式，设定电弧摇动频率、电弧摇动幅值、电弧侧壁停留时间、脉冲焊接平均电弧电流、平均电弧电压、焊接速度、焊丝干伸长，并选配合适折弯角度的微弯型导电杆；焊炬以焊接速度整体立向上或立向下移动，在焊缝自由成形状态下，以每层单道多层施焊方式实现摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向自动焊接。

CN1481961，题为“高效单丝窄间隙活性气体保护焊接方法”的中国专利申请揭示了一种高效单丝窄间隙活性气体保护焊接方法，属于焊接技术领域。本发明采用氧气、二氧化碳、氩气组成的三元保护气体，焊丝居中布置，通过控制大焊丝伸出长度、送丝速度与电压获得稳定的旋转喷射过渡方式，实现一定间隙坡口内焊道与工件侧壁之间的良好熔合。

但现有技术中对于大厚板变形难以控制、背面需碳刨清根、焊缝金属填充量大的问题仍然未能加以有效克服。

发明内容

本发明旨在提出一种高效、高质、节能、低耗材的大厚板焊接方法。

根据本发明的一实施例，提出一种大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，包括：

将大厚板拼接成双面窄间隙坡口，坡口角度为0°～1°，坡口根部钝边为2mm～4mm，坡口间隙为10mm～20mm；

双面交错打底焊，第一焊枪和第二焊枪在双面前后交叉，第一焊枪和第二焊枪的焊接电弧间距f为20mm～50mm；

双面同时立焊填充，第一焊枪和第二焊枪在前后双面同时同步焊接，同时进行双面填充；

缓冷及后热处理；

在双面交错打底焊和双面同时立焊填充过程中，第一焊枪和第二焊枪的枪头摆动，控制摆动宽度和侧壁停留时间使得侧壁熔合良好，控制焊接速度和焊接参数以控制焊接热输入。

在一个实施例中，坡口根部不留间隙，去除坡口及周围20mm范围内的铁锈和油污，并预加热到180°C。

在一个实施例中，双面交错打底焊采用熔化极气体保护焊GMAW工艺，实心焊丝焊接，85％Ar+15％CO₂混合气体保护。在双面交错打底焊的过程中，第一焊枪在前面先开始焊接，焊缝长度约20mm，第二焊枪在后面焊接，第一焊枪和第二焊枪的焊接电弧间距f为20～30mm；焊接参数为：电流110-120A、电压27-29V，第一焊枪和第二焊枪的枪头摆动幅度350～380mm/min，枪头摆动宽度9.5～10mm，焊速75～90mm/min，侧壁停留时间1.5～1.8s。

在一个实施例中，双面同时立焊填充采用熔化极气体保护焊GMAW工艺，实心焊丝焊接，85％Ar+15％CO₂混合气体保护。在双面同时立焊填充的过程中，第一焊枪和第二焊枪在前面和后面同时同步焊接，填充焊缝，采用一层一道焊接方式；焊接参数为：层间温度180℃、电流125～135A、电压27～29V，第一焊枪和第二焊枪的枪头摆动速度400～450mm/min，枪头摆动宽度9.5～10mm，焊速70～80mm/min，侧壁停留时间1.6～1.8s。

在一个实施例中，缓冷及后热处理包括：以280℃保温2小时，之后缓冷至室温。

该大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法适用的大厚板的板厚为50mm～170mm。

本发明的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法解决了传统技术中大厚板焊接效率低下、变形难以控制、背面需碳刨清根、焊缝金属填充量大等问题，生产效率比传统焊接提高10～15倍以上，焊接填充量减少至0.7～0.8倍，背面不需碳刨清根、实现无角变形、一层一道的焊接方式。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明的一实施例的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法的流程图。

图2揭示了本发明使用的双面双窄间隙坡口的结构。

图3揭示了根据本发明的一实施例的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法中双面交错打底焊的示意图。

图4揭示了根据本发明的一实施例的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法中双面同时立焊填充的示意图。

具体实施方式

参考图1所示，本发明揭示了一种大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法100，该方法包括如下的步骤：

102．将大厚板拼接成双面窄间隙坡口，坡口角度为0°～1°，坡口根部钝边t为2mm～4mm，坡口间隙δ为10m m～20mm。板厚T在50mm～170mm。图2揭示了双面双窄间隙坡口的结构。在一个实施例中，坡口根部不留间隙。在步骤102中，还包括去除坡口及周围20mm范围内的铁锈和油污，并预加热到180°C。

104．双面交错打底焊，第一焊枪G1和第二焊枪G2在双面前后交叉，第一焊枪G1和第二焊枪G2的焊接电弧间距f为20mm～50mm。双面交错打底焊过程中第一焊枪G1和第二焊枪G2的枪头摆动，控制摆动宽度和侧壁停留时间以保证侧壁熔合良好，控制焊接速度和焊接参数以控制焊接热输入。在一个实施例中，双面交错打底焊采用熔化极气体保护焊GMAW工艺，实心焊丝焊接，85％Ar+15％CO₂混合气体保护。在双面交错打底焊的过程中，第一焊枪G 1在前面先开始焊接，焊缝长度约20mm，第二焊枪G2在后面焊接，第一焊枪G 1和第二焊枪G2的焊接电弧间距f在一个实施例中为20～30mm。焊接参数为：电流110-120A、电压27-29V，第一焊枪和第二焊枪的枪头摆动幅度350～380mm/min，枪头摆动宽度9.5～10mm，焊速75～90mm/min，侧壁停留时间1.5～1.8s。图3揭示了双面交错打底焊的示意图。双面交错打底焊通过控制焊枪的间距，一面焊枪打底后，另一面焊枪保持交错一定间距，将根部完全熔合、熔透，并保证根部的气孔、夹杂浮出，从而实现不清根焊接。

106．双面同时立焊填充，第一焊枪G1和第二焊枪G2在前后双面同时同步焊接，同时进行双面填充。双面同时立焊填充过程中第一焊枪G1和第二焊枪G2的枪头摆动，控制摆动宽度和侧壁停留时间以熔合侧壁，控制焊接速度和焊接参数以控制焊接热输入。在一个实施例中，双面同时立焊填充采用熔化极气体保护焊GMAW工艺，实心焊丝焊接，85％Ar+15％CO₂混合气体保护。在双面同时立焊填充的过程中，第一焊枪G1和第二焊枪G2在前面和后面同时同步焊接，基于打底焊道B1填充焊缝，形成填充焊道B2，采用一层一道焊接方式。焊接参数为：层间温度180℃、电流125～135A、电压27～29V，第一焊枪和第二焊枪的枪头摆动速度400～450mm/min，枪头摆动宽度9.5～10mm，焊速70～80mm/min，侧壁停留时间1.6～1.8s。图4揭示了双面同时立焊填充的示意图，其中揭示了打底焊道B1与填充焊道B2。在经过步骤104的双面交错打底焊后，采用熔化极气体保护焊GMAW双面双焊枪同时同步焊接，一方面减少残余应力和焊接变形，另一方面有利于控制层间温度，节约时间。

108．缓冷及后热处理。在一个实施例中，缓冷及后热处理包括：以280℃保温2小时，之后缓冷至室温。

该大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法100适用的大厚板的板厚为50mm～170mm。

下面介绍一个本发明的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法的具体应用实例：焊接板厚152mm的高强钢Q690E。

基本参数：板厚152mm，85％Ar+15％CO₂混合气体保护，采用Φ1.2mm高强钢实心焊丝。坡口角度近似为零，间隙10mm，双面同时立焊，一层一道的焊接方式，背面无需碳刨清根。

焊前准备：加工坡口，装配时，根部不留间隙。焊前去除坡口及周围20mm范围内的铁锈、油污。焊前预热到180℃。

采用熔化极气体保护焊GMAW双面交错打底焊：一面焊枪先开始焊，焊缝长度约20mm左右，另一面焊枪开始焊接，两焊枪间距为20～30mm。焊接参数为：电流110～120A，电压27～29V，摆动幅度350～380mm/min，摆动宽度9.5～10mm，焊速75～90mm/min，侧壁停留时间1.5～1.8s。

采用熔化极气体保护焊GMAW双面同时立焊：双面双枪同时同步焊接，填充焊缝，一层一道焊接方式，焊接参数为：层间温度180℃，电流125～135A，电压27～29V，摆动速度400～450mm/min，摆动宽度9.5～10mm，焊速70～80mm/min，侧壁停留时间1.6～1.8s。

焊后后热处理：焊后280℃+保温2小时后，缓冷至室温。

针对板厚152mm的高强钢Q690E的双面双窄间隙不清根焊接，焊接过程稳定，焊缝成形良好，焊后无损探伤MT、UT均合格，实现不清根焊接。焊后几乎无角变形，可以有效的保证高强钢Q 690E试板的焊接精度。宏观金相无任何缺陷，根部、侧壁均熔合良好，实现一层一道焊接。焊缝共18道，焊道数量仅为手工焊条焊缝的1/10（手工焊条电弧焊180～190道），焊缝金属填充面积仅为手工焊条电弧焊的1/4。

表1揭示了传统的双人手工电弧焊接和本发明的双面双窄间隙焊接的焊接效率比较。

表1

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可对上述实施例做出种种修改或变化而不脱离本发明的发明思想，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims

1.一种大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，其特征在于，包括：

缓冷及后热处理；

2.如权利要求1所述的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，其特征在于，坡口根部不留间隙，去除坡口及周围20mm范围内的铁锈和油污，并预加热到180°C。

3.如权利要求1所述的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，其特征在于，所述双面交错打底焊采用熔化极气体保护焊GMAW工艺，实心焊丝焊接，85％Ar+15％CO₂混合气体保护。

4.如权利要求3所述的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，其特征在于，在双面交错打底焊的过程中，第一焊枪在前面先开始焊接，焊缝长度约20mm，第二焊枪在后面焊接，第一焊枪和第二焊枪的焊接电弧间距f为20～30mm；

焊接参数为：电流110-120A、电压27-29V，第一焊枪和第二焊枪的枪头摆动幅度350～380mm/min，枪头摆动宽度9.5～10mm，焊速75～90mm/min，侧壁停留时间1.5～1.8s。

5.如权利要求1所述的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，其特征在于，所述双面同时立焊填充采用熔化极气体保护焊GMAW工艺，实心焊丝焊接，85％Ar+15％CO₂混合气体保护。

6.如权利要求1所述的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，其特征在于，在双面同时立焊填充的过程中，第一焊枪和第二焊枪在前面和后面同时同步焊接，填充焊缝，采用一层一道焊接方式；

焊接参数为：层间温度180℃、电流125～135A、电压27～29V，第一焊枪和第二焊枪的枪头摆动速度400～450mm/min，枪头摆动宽度9.5～10mm，焊速70～80mm/min，侧壁停留时间1.6～1.8s。

7.如权利要求1所述的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，其特征在于，所述缓冷及后热处理包括：以280℃保温2小时，之后缓冷至室温。

8.如权利要求1所述的大厚板双面双窄间隙不清根焊接方法，其特征在于，所述大厚板的板厚为50mm～170mm。