一種免清根的中厚板雙絲雙弧埋弧焊工藝的製作方法
2023-06-07 04:02:06 2
本發明涉及一種焊接工藝，具體涉及一種26-40mm中厚板免清根的雙絲雙弧埋弧焊接工藝。
背景技術：
隨著各類高壓、超高壓壓力容器設備日益增多，對焊接中厚壁壓力容器在焊接效率和質量方面提出了更高的要求。其中中厚板因其應用廣泛，其焊接技術的不斷革新一直是行業發展趨勢。中厚板多採用y型、x型、u型和雙u型等坡口形式，傳統的中厚板焊接分為手工焊打底、正面埋弧焊焊接、反面碳弧氣刨清根打磨、反面埋弧焊焊接四步，其中背面清根的目的是保證正反底層焊道重疊和焊接質量。背面清根的雙面埋弧焊工藝一般採用雙面多層多道的焊接方法，雖然可以保證焊接質量，但是背面碳弧氣刨清根工序不僅耗費工時和焊材，而且在碳弧氣刨過程中產生大量的煙塵、有害氣體及高達90～120分貝的噪音，嚴重汙染生產現場環境，影響焊接人員的身體健康，焊接效率較低、惡化工作環境、工人勞動強度大、增加生產成本。因此，針對採用背面免清根焊接且保證焊縫熔透，探索合適的埋弧焊焊接方法，從而簡化焊接工藝、減少浪費材料、提高焊接生產率、減少環境汙染、保護焊接人員身體健康是非常必要的。
單絲埋弧焊具有電流大、熔覆率高的優點是目前壓力容器製造等行業中應用最為廣泛的焊接方法。與傳統的單絲埋弧焊相比，雙絲埋弧焊作為一種先進高效的焊接方法，雙絲的引入減少了焊接層次和道次，焊接生產效率得到大幅度提高，雙絲埋弧焊有其獨特的工藝參數：雙絲電流的種類和大小、雙絲的位置組合、雙絲的間距、雙絲熔池共用與否、不同的坡口形式等。免清根的雙絲埋弧工藝採用串列雙絲焊接電源，前置焊絲為平特性直流焊接電源和等速送絲式焊機，引弧容易；後置焊絲採用空載電壓較高的下降特性交流焊接電源，配合變速送絲式焊機，減小了磁偏吹，從而使前置焊絲可以用較大的焊接電流。焊接時，直流用大電流低電壓，保證熔深；交流用小電流高電壓，增加熔寬，使焊縫具有適當的熔池形狀及焊縫形狀係數。雙絲埋弧焊填充焊絲熔敷速度高且兩個電弧形成一個熔池，熔池體積大、存在時間長、冶金反應充分，既有利於氣體逸出，又有利於焊縫的合金化和微量元素的擴散，對氣孔敏感性小，使得雙絲埋弧焊接頭具有良好的力學性能。免清根的中厚板雙絲雙弧埋弧焊工藝的應用，使焊接中厚板焊縫金屬熔敷效率及焊速都遠高於傳統單絲埋弧焊，有效降低了焊接成本，大幅提高了生產率，具有良好的效果且應用前景廣泛。因此，有必要探討一種適用中厚板的免清根雙絲雙絲埋弧焊焊接方法，實現高效率焊接的同時改善生產現場環境。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種免清根的中厚板雙絲雙弧埋弧焊工藝。
本發明所採用的技術方案是：
一種免清根的中厚板雙絲雙弧埋弧焊工藝，步驟如下：
(1)坡口準備：將兩塊需焊接的鋼板根據板厚特點，設計相應的坡口形式並進行加工；
(2)裝配準備：將兩板進行組對，調整坡口間隙達到所規定的裝配間隙；
(3)裝配工序：固定焊在背面進行，固定焊後在鋼板兩端加引弧板；
(4)焊前準備：選擇前後絲焊接電源，調整前後絲角度及焊絲間距；
(5)正面焊前準備：清理坡口及坡口兩側20mm～50mm範圍內鋼板表面上的鐵鏽、氧化皮及油汙，保證前後焊絲在一條直線上，埋弧焊小車軌道的調整，保證焊絲中心對準坡口中心；
(6)正面焊接：按既定焊接工藝進行正面的焊接施工；
(7)反面焊接準備：正面焊接完成後，鋼板翻身，清理坡口及坡口兩側20mm～50mm範圍內的表面上的鐵鏽、氧化皮及油汙，調整埋弧焊小車的軌道，保證焊絲中心對準坡口中心；
(8)反面焊接：坡口背面在不進行清根的情況下，按既定焊接工藝進行反面的焊接施工。
如上述工序，焊接完成後，該對鋼板的拼焊工作即完成。
優選的，焊接工藝可焊接厚度16-40mm鋼板角接焊縫。
優選的，所述步驟(1)焊縫坡口形式為i型、y型或x型坡口，切削加工方式為機械或火焰切割加工。當板厚≤20mm時不開坡口，鋼板加工成i型；當板厚為22～28mm時開y型坡口，鈍邊尺寸為16-20mm；當板厚為30～40mm時開x型坡口；鈍邊尺寸為16-20mm；；y型和x型的坡口角度在70°～90°範圍內。隨著坡口深度的增大，坡口角度減小，本發明所設計坡口，所留鈍邊大，坡口截面積小，所需焊接材料大幅減少。因坡口採用大鈍邊，焊接中不會產生燒穿現象，同時為坡口機械加工及焊接節省了時間，提高了工作效率。
優選的，所述步驟(2)裝配間隙為0-2mm，優選裝配間隙為0mm；當裝配間隙大於0.5mm時，焊縫反面只需加襯墊或焊條電弧焊溜縫，即可以防止焊接中鐵水外流。
優選的，所述步驟(3)焊接時固定焊優先在背面進行，當板厚≥30mm時固定焊在正面也適用。
優選的，所述步驟(3)固定焊長度不小於50mm，間距不大於600mm。無論是縱縫還是環縫，固定焊無需清除，即可保證整個焊縫的合格。
優選的，所述步驟(4)焊前準備：焊接過程採用雙焊絲前絲直流後絲交流電源焊接：前絲為直流反接，後絲為交流電源，前絲前傾10°～15°，後絲後傾10°～15°，前後絲間距為10～15mm，前後絲採用一個熔池。前絲採用直流大電流低電壓，充分發揮直流電弧的穿透力，保證坡口根部的熔深；後絲採用相對較小焊接交流小電流大電壓，克服前道大電流可能形成的熔化金屬堆積，配合高速度焊接，保證焊縫的熔寬，同一熔池熱能損失更小，使得焊縫表面成形美觀。
優選的，所述步驟(6)正面埋弧焊參數設定：兩根焊絲均採用直徑為4.0mm的埋弧焊絲，直流規範：860～910a、33～35v，交流規範：340～360a、39～41v，焊接行車速度：56～60cm/min，幹伸長：35～40mm。
優選的，所述步驟(8)反面埋弧焊參數設定，兩根焊絲均採用直徑為4.0mm的埋弧焊絲，直流規範：860～910a、33～35v，交流規範：340～360a、39～41v，焊接行車速度：56～60cm/min，幹伸長：35～40mm。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
(1)本發明的中厚板免清根的雙絲雙弧埋弧焊工藝，根據不同厚度鋼板設計了相應的坡口形式，有效降低了坡口機械加工切削量，同時採用雙絲雙弧焊接工藝，可以克服單絲埋弧焊焊接的局限性，更好地保證了中厚板焊縫大熔深、熔寬及3.0～4.0mm熔高要求的焊接接頭成形，具有焊接變形小、正反焊縫成型美觀、脫渣容易、焊接質量穩定等優點。
(2)本發明焊接工藝效率明顯高於單絲多層多道工藝，對於30mm以上鋼板，焊接效率明顯提高。焊縫金屬熔敷效率及焊接速度都遠高於傳統單絲埋弧焊，正面焊縫無燒穿現象，探傷合格率高並焊接接頭機械性能良好。
(3)該工藝免清根、免打底、根焊及表面成形一次完成，減少焊接工序，正反面各採用一次性完成焊縫的打底和蓋面，無需考慮變形。節約了焊接工時和焊接材料，降低了焊接成本，節約了勞動力，生產效率提高5倍以上。適合各類碳鋼中厚板的焊接，可以廣泛應用於實際生產。
附圖說明
圖1埋弧雙絲焊接縱列布置形式示意圖；
圖2是26mm鋼板y型坡口示意圖；
圖3是26mm焊接接頭宏觀金相照片；
圖4是26mm焊接接頭微觀組織照片；
圖5是32mm鋼板x型坡口示意圖；
圖6是32mm焊接接頭宏觀金相照片；
圖7是32mm焊接接頭微觀組織照片。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進一步說明。
實施例1
一種免清根的中厚板雙絲雙弧埋弧焊工藝，步驟如下：
(1)坡口準備：將兩塊厚度為26mm的q345r鋼板加工成坡口角度α＝80°、坡口深度h＝6mm、鈍邊尺寸c＝20mm的y型坡口形式，如圖2所示；
(2)裝配準備：將兩板進行組對，調整坡口間隙為b＝0mm；
(3)裝配工序：固定焊在背面進行，固定焊後在鋼板兩端加引弧板；
(4)焊前準備：採用雙焊絲前絲直流後絲交流電源焊接：前絲為直流反接，後絲為交流電源，前絲前傾10°～15°，後絲後傾10°～15°，前後絲間距為10～15mm，前後絲採用一個熔池；埋弧雙絲焊接縱焊絲位置如圖1所示。
(5)正面焊前準備：清理坡口及坡口兩側20mm～50mm範圍內鋼板表面上的鐵鏽、氧化皮及油汙，保證前後焊絲在一條直線上，埋弧焊小車軌道的調整，保證焊絲中心對準坡口中心；
(6)正面焊接：按照表1中規範，進行正面雙絲雙弧埋弧焊焊接；
(7)反面焊接準備：正面焊接完成後，鋼板翻身，清理坡口及坡口兩側20mm～50mm範圍內的表面上的鐵鏽、氧化皮及油汙，調整埋弧焊小車的軌道，保證焊絲中心對準坡口中心；
(8)反面焊接：坡口背面在不進行清根的情況下，按照表1中規範，進行反面雙絲雙弧埋弧焊焊接。
表126mm鋼板焊接規範
按照jb/t4730.2-2005標準，經射線探傷焊縫為ⅰ級無缺陷，外觀參數和力學性能結果見表2。
表226mm焊縫外觀和力學性能結果
試件的微觀組織從金相觀察上看,金相組織基本一致，焊縫區為索氏體+鐵素體，熱影響區為貝氏體回火組織，母材區為鐵素體+珠光體。焊接接頭宏觀金相照片和焊接接頭微觀組織照片結果見圖3和圖4。
實施例2
一種免清根的中厚板雙絲雙弧埋弧焊工藝，步驟如下：
(1)坡口準備：將兩塊厚度為32mm的q245r鋼板加工成上坡口角度α＝80°、下坡口角度β＝80°、上坡口深度h1＝6mm、下坡口深度h2＝6mm、坡口鈍邊尺寸c＝20mm的雙v型坡口，如圖5所示；
(2)裝配準備：將兩板進行組對，調整坡口間隙為b＝0mm；
(3)裝配工序：固定焊在背面進行，固定焊後在鋼板兩端加引弧板；
(4)焊前準備：採用雙焊絲前絲直流後絲交流電源焊接：前絲為直流反接，後絲為交流電源，前絲前傾10°～15°，後絲後傾10°～15°，前後絲間距為10～15mm，前後絲採用一個熔池；埋弧雙絲焊接縱焊絲位置如圖1所示。
(5)正面焊前準備：清理坡口及坡口兩側20mm～50mm範圍內鋼板表面上的鐵鏽、氧化皮及油汙，保證前後焊絲在一條直線上，埋弧焊小車軌道的調整，保證焊絲中心對準坡口中心；
(6)正面焊接：按照表3中規範，進行正面雙絲雙弧埋弧焊焊接；
(7)反面焊接準備：正面焊接完成後，鋼板翻身，清理坡口及坡口兩側20mm～50mm範圍內的表面上的鐵鏽、氧化皮及油汙，調整埋弧焊小車的軌道，保證焊絲中心對準坡口中心；
(8)反面焊接：坡口背面在不進行清根的情況下，按照表3中規範，進行反面雙絲雙弧埋弧焊焊接。
表332mm鋼板焊接規範
按照jb/t4730.2-2005標準，經射線探傷焊縫為ⅰ級無缺陷，外觀參數和力學性能結果見表4。
表432mm焊縫外觀和力學性能結果
試件母材區、焊縫區和熱影響區三個區域的微觀組織均為鐵素體+珠光體。但在先共析鐵素體的分布形態和柱狀晶的生長程度上有較大差別。焊縫接頭宏觀金相照片和焊接接頭微觀組織照片結果見圖6和圖7。
綜上，採用本發明所提出的中厚板免清根雙絲雙弧埋弧焊工藝，能產生較大熔深並保證熔寬，得到的接頭焊縫形狀合理，力學性能滿足生產的要求。雙絲埋弧焊焊縫金屬冷卻速度慢，焊縫金屬中的微量元素有較長時間進行擴散，過冷度降低使熱影響區金屬的成分偏析減弱，因此焊縫金屬晶粒較為粗大，其衝擊性能比熱影響區性能稍低，但焊接接頭焊縫區及熱影響區的衝擊韌性仍比母材金屬要高。採用雙絲埋弧焊焊接中厚度板時，焊縫金屬熔敷效率及焊接速度都遠高於傳統單絲埋弧焊，很大程度地降低了焊接成本，節約了勞動力，生產效率提高5倍以上。
上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。