雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法

2023-05-31 14:08:41

雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法
【專利摘要】一種雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，施工步驟如下：清理雜物，對不鏽鋼製儲罐壁板的焊接位置進行坡口處理，焊接定位焊，選擇焊槍設備，主焊炬和輔焊炬分別從焊縫的內、外兩側同時對準同一熔池，兩者同步起弧，輔焊炬跟隨主焊槍同步移動，以同樣的速度沿同一個方向進行焊接，主焊炬和輔焊炬同時收弧。本發明的雙人雙面同步鎢極脈衝氬弧對焊方法，對焊縫的內側成形起到了保護和熔透作用，防止焊縫出現氧化、焊瘤、未焊透等缺陷，免去了內側清根、打磨、再焊接等工序，對比現有技術，該方法具有方法簡單和易於實現的優點，大大提高了生產效率，而且降低了工人的勞動強度。
【專利說明】雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋼製儲罐罐壁的焊接方法，特別是一種不鏽鋼材質儲罐壁板的立 縫和環縫氬弧焊雙槍同時內外雙面焊接的施工方法。

【背景技術】
[0002] 鋼製儲罐屬於壁板的厚度從上至下依次遞增型的焊接容器，其焊縫多，板厚種類 多，施工中時常會產生較大的波浪變形。不鏽鋼儲罐作為鋼製儲罐容器的一種，其不鏽鋼材 質大多以奧氏體不鏽鋼為主（如SUS304、SUS315L、307等），奧氏體不鏽鋼導熱係數小而膨 脹係數大，焊接時更易於產生較大變形和焊接應力，而且目前在不鏽鋼容器設備製造過程 中，經常會遇到一些不鏽鋼容器設備上主要的立、環縫都要求全焊透，並且要進行X射線檢 測。
[0003] 對於不鏽鋼材質的儲罐，傳統的製作工藝是在壁板上加工坡口，然後進行組對焊 接。常用的焊接方法有直流鎢極氬弧焊、鎢極氫弧焊以及與本發明最為相近的單人雙面手 工電弧焊。
[0004] 直流鎢極氬弧焊焊接相對手工電弧焊來說氬弧焊施焊過程中沒有飛濺，沒有熔 渣，外側焊道成型美觀，但由於不鏽鋼的親氧特性，其內側易氧化產生黑流、碳化，必須要進 行清根操作再施焊，焊接次數依然很多，同時增加了操作人員的勞動強度，生產效率不高。 為了不鏽鋼焊接時避免內側焊縫氧化，現在往往在外側氬弧焊打底焊接時採取一系列的防 氧化措施：如焊縫內側充Ar防氧化法、焊縫內側充N2防氧化法、內側自保護氬弧焊打底防 氧化法等。這些防氧化措施的應用保證了不鏽鋼板之間焊接時焊縫內側的成形和質量，但 同時也大大增加了焊接成本。
[0005] 鎢極氫弧焊本身過程穩定，使用成本低，但焊縫熔深較淺，熔透率較低，只適合焊 接3mm厚度以內鋼板，不適合焊接厚板，常規直流鎢極氫弧焊也易出現氣孔敏感性高，接頭 塑性較差，影響焊縫成形及質量的技術問題。
[0006] 單人雙面手工電弧焊即首先在罐壁焊縫處的外側打底施焊，內側清根後蓋面，最 後到外側將原先打底處蓋面。手工電弧焊本身飛濺較大，焊縫內應力大，焊接時由於單面應 力的作用，容易產生焊接變形，需要在內側清根後再加熱施焊。這種單人雙面先後焊接的施 工方式增加了焊縫兩側的受熱次數同時加大了焊縫變形的機率；同時常用的清根(去除焊 縫根部的渣殼）方法包括碳弧氣刨和人工磨光兩種，前者對工人的技術水平要求高，操作不 當，容易產生滲碳、夾渣、燒穿等缺陷，從而影響後道工序的焊接施工，後者則會使焊縫寬窄 不齊、高低不平效率低下很大機率影響後續蓋面焊的成型。


【發明內容】

[0007] 本發明的目的是提供一種雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，要解決不 鏽鋼材質的儲罐壁板焊接中使用單人雙面手工電弧焊本身飛濺較大，焊縫內應力大，由於 單面應力的作用，容易產生焊接變形，增加了焊縫的受熱次數同時加大了焊縫變形的機率 的技術問題；還要解決使用氬弧焊時，內側易氧化產生黑流、碳化，需進行清根操作，焊接次 數多，工人勞動強度大，生產效率不高的技術問題，防氧化措施也無法保證不鏽鋼板之間焊 接時焊縫內側的成形和質量，同時還大大增加了焊接成本；並解決使用鎢極氫弧焊時焊縫 熔深較淺，熔透率較低，板厚適應範圍窄，易出現氣孔敏感性高，接頭塑性較差，影響焊縫 成形及質量的技術問題。
[0008] 為實現上述目的，本發明採用如下技術方案： 一種雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，施工步驟如下： 步驟一，清理雜物：對不鏽鋼製儲罐壁板組對前，首先把焊縫兩側的鐵鏽、油汙、氧化物 等雜質清理乾淨； 步驟二，對不鏽鋼製儲罐壁板的焊接位置進行坡口處理； 步驟三，焊接定位焊：兩塊不鏽鋼製儲罐壁板組對時根據板材的厚度預留間隙，預留的 間隙為1. 5?2. 5mm，並使用手工氬弧焊焊接定位，每段定位焊的長度為10mm，相鄰兩段定 位焊的間隔為150?200mm，且在組對時確保對口錯邊量在允許的公差範圍之內； 步驟四，選擇焊槍設備：焊縫的外側為主焊炬，焊槍設備為MSM-400逆變直流高頻脈衝 氬弧焊機，焊縫的內側為輔焊炬，焊槍設備為ZXT-400STG直流氬弧焊焊機； 步驟五，起焊：在壁板的焊縫兩側各設有一個焊工，外側選擇與壁板相匹配的焊絲，內 側根據壁板的板厚選擇填充焊絲或不填充焊絲，主焊炬和輔焊炬分別從焊縫的內、外兩側 同時對準同一熔池，主焊炬在前，輔焊炬落後於主焊炬，兩者的間距始終保持為一個熔池長 度以起到保護作用，保持主焊炬、輔焊炬和焊絲與壁板之間的夾角固定，兩者同步起弧，輔 焊炬跟隨主焊槍同步移動，以同樣的速度沿同一個方向進行焊接； 步驟六，收焊：主焊炬和輔焊炬同時收弧，且收弧之後兩個焊炬均繼續充氬氣3s?5s。
[0009] 所述步驟二中，不鏽鋼製儲罐壁板的坡口處理要求如下： 當壁板厚度< l〇mm時，不打坡口， 當10mm <壁板厚度 16mm時，打磨內外雙V坡口即X型坡口。
[0010] 所述步驟四中，主焊炬和副焊炬均為逆變式直流正接法，使用時保持主焊炬的電 流為132?143A，電壓為14?16V，氬氣的流量為8?12L/min ;保持副焊炬的電流為41? 62A，電壓為8?10V，氬氣的流量為8?12L/min。
[0011] 所述步驟五中，填充焊絲的要求如下： 當壁板厚度< l〇mm時,焊縫的外側填充焊絲，內側不填充焊絲， 當10_ <壁板厚度 16_時，焊縫的內側和外側同時填充焊絲打底，打底完畢後由於打磨的 是X型雙V型皮口，因此內側和外側都需要藥皮手工電焊蓋面以加強焊縫強度，蓋面順序是 內側先蓋面，外側再蓋面，防止收縮變形。
[0012] 所述步驟五中，主焊炬與壁板表面呈75°?85°夾角，外側填充的焊絲與水平面 呈15°?20°夾角，輔焊炬與壁板表面呈80°?90°夾角，內側填充的焊絲與水平面呈 15。?20°夾角。
[0013] 所述步驟五中，一個熔池長度為不大於3_。
[0014] 所述步驟五中，外側焊工勻速焊接，若焊縫出現過高，內側焊工加快焊速，讓內側 電弧適當超前外側熔池，促使外側焊工及時加快焊接速度；若焊縫出現內凹，內側焊工按照 敲擊儲罐壁板發出聲響的預定方式通知外側焊工減慢焊接速度同時加快送外側焊絲的速 度，以達到內外兩側良好的配合。
[0015] 與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果： 本發明提供了一種雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，是採用雙焊槍從焊縫 內外兩側同時對準同一熔池施焊，以同樣的速度沿同一個方向進行焊接。實際上是利用內 夕卜側焊槍作為熱源焊炬使得內外兩側的兩個電弧同時對同一熔池加熱，以獲得所需要的熔 深，使得焊接熔池及周圍正反位置可以在氬氣的充分保護和雙焊炬的集中高熱能作用下進 行焊接。並且由於氬弧焊的明弧特點，內側焊工完全能夠看清外側焊工焊接的熔池位置，並 對準正面熔池進行保護，同時起到聯合加熱熔化的作用，使得焊接母材能夠充分熔透。
[0016] 本發明利用雙面焊槍的電弧作用形成一個向上、向中間的託力，並與熔池的表面 張力共同對熔池起著支承作用，從而防止熔池金屬下滴而獲得完美的焊縫，焊縫表面基本 呈銀白色或金黃色光澤。並且在雙氬弧焊雙弧的吹力作用下，改善熔池金屬的流動性，雙弧 的熱能得到充分發揮，外側使用高頻脈衝氬弧焊機其閃弧穿透的優越能力，提高了熔透厚 度。使得雙面氬弧焊接工藝可以應用到更厚的鋼板焊接施工當中。
[0017] 本發明克服了鎢極氫弧焊熔深焊縫深度較淺的缺陷，利用對焊原理加大了熔透深 度，採用高頻脈衝氬弧焊有效降低焊縫的氣孔敏感性，提高接頭性能，提高焊接質量，並再 次加大了可以焊接鋼板厚度的範圍。
[0018] 本發明由於在焊縫內外側同時焊接，電弧能量密度加大，能量更加集中，使受熱面 積和熱影響區域小，相應減少了焊接應力，降低了熱裂紋及在熱裂紋傾向，焊後發現焊接變 形和裂紋機率很小。內外側雙電弧加熱熔化使得l〇mm以內厚度的構件焊縫上下接頭不需 要打磨坡口，即可一次焊透成形免去內側清根。
[0019] 本發明使焊縫受熱次數減少控制了焊接變形，提高了焊接速度，減少了焊縫金屬 填充量，防止了氫脆和氧化的產生。本發明節省手工電弧焊所用時間的2/3,焊接快速，並且 同時也節省了坡口加工的時間。
[0020] 本發明的雙人雙面同步鎢極脈衝氬弧對焊方法，對焊縫的內側成形起到了保護和 熔透作用，防止焊縫出現氧化、焊瘤、未焊透等缺陷，免去了內側清根、打磨、再焊接等工序， 對比現有技術，該方法具有方法簡單和易於實現的優點，大大提高了生產效率，而且降低了 工人的勞動強度。
[0021] 本發明可廣泛應用在碳鋼儲罐設備和鎂鋁合金容器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0023] 圖1是本發明的施工的側視示意圖。
[0024] 圖2是本發明的施工的立體示意圖。
[0025] 附圖標記：1 一主焊炬、2 -輔焊炬、3 -不鏽鋼製儲罐壁板、4 一焊絲、5 -氬氣、 6 -坡口。

【具體實施方式】
[0026] 本實施例用焊接SUS304材質的不鏽鋼製儲罐壁板焊接不鏽鋼製儲罐做為說明， 待製成的不鏽鋼製儲罐直徑為12m，高度為21m，共計14圈壁板，每圈壁板板高1. 5m，厚度自 下而上依次為 16mm, 14mm, 12mm, 12mm, 10mm, 10mm, 8mm, 8mm, 8mm, 6mm, 6mm, 6mm, 6mm, 6mm〇
[0027] 實施例採用雙人雙面同步鎢極脈衝氬弧對焊方法，焊縫的外側為主焊炬，焊槍設 備為MSM-400逆變直流高頻脈衝氬弧焊機，焊縫的內側為輔焊炬，焊槍設備為ZXT-400STG 直流氬弧焊焊機。
[0028] MSM-400逆變直流高頻脈衝氬弧焊機：焊接電流以每秒幾千次甚至幾萬次的極高 頻率變化著，這樣的高頻率脈衝電流使電弧的磁收縮效應比較強烈，電弧直徑受到的壓縮 更為激烈，增強了電弧的挺度、力度和熔化深度，同時使熔池能很好的攪拌，改變了焊縫的 冶金性能，特別適合鋁及鋁合金以及不鏽鋼的焊接。高頻脈衝電弧產生的壓力還導致超聲 振動，它可以增強熔化金屬的流動性，這些都有利於細化晶粒，減少焊縫氣孔，使焊縫成形 美觀。在焊接電流平均值相等的情況下，高頻脈衝鎢極氬弧焊速度可比普通鎢極氬弧焊提 高一倍，這就必然縮短焊縫金屬在高溫的停留時間，加大鋼板的熔透厚度，對改善奧氏體不 鏽鋼耐蝕性是有益的。
[0029] ZXT-400STG直流氬弧焊焊機：是氬弧焊機裡的普通鎢極惰性氣體保護電弧焊簡 稱，應用最廣泛的一種，屬於非熔化極惰性氣體保護焊，焊接時鎢極只起到導電作用，不做 填充金屬（不熔化），如需要填充另加焊絲，氬氣通過焊槍進入焊接區，鎢極和被焊工件之 間通電產生電弧，電弧在惰性氣體的氣氛中燃燒。氬氣在焊接過程中鎢極、工件、填充焊絲 不發生任何化學、冶金作用。惰性氣體保護焊最顯著的特點是電弧燃燒穩定，能有效地隔 絕周圍的空氣，使熔池、填充焊絲不被氧化和氮化，因而能獲得高質量的焊縫，且能進行 全位置焊接。
[0030] 這種雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，施工步驟如下： 步驟一，清理雜物：對不鏽鋼製儲罐壁板3組對前，首先把焊縫兩側的鐵鏽、油汙、氧化 物等雜質清理乾淨。
[0031] 步驟二，對不鏽鋼製儲罐壁板3的焊接位置進行坡口 6處理，要求如下： 當壁板厚度< l〇mm時，不打坡口， 當10mm <壁板厚度 16mm時，打磨內外雙V坡口即X型坡口，參見圖2所示， 步驟三，焊接定位焊：兩塊不鏽鋼製儲罐壁板3組對時根據板材的厚度預留間隙，預留 的間隙為1. 5?2. 5mm，並使用手工氬弧焊焊接定位，每段定位焊的長度為10mm，相鄰兩段 定位焊的間隔為150?200mm，且在組對時確保對口錯邊量在允許的公差範圍之內； 主焊炬1和副焊炬2均為逆變式直流正接法，主焊炬的電流為132?143A，電壓為14? 16V，氬氣的流量為8?12L/min ;副焊炬的電流為41?62A，電壓為8?10V，氬氣的流量為 8?12L/min，主要是對焊縫的內側成形起保護和熔透的作用，以防止焊縫出現氧化、焊瘤、 未焊透等得缺陷。
[0032] 步驟四，選擇焊槍設備：參見圖2所示，焊縫的外側為主焊炬，焊槍設備為焊槍設 備為MSM-400逆變直流高頻脈衝氬弧焊機，焊絲直徑為Φ 2. 5mm ;焊縫的內側為輔焊炬，焊 槍設備為ZXT-400STG直流氬弧焊焊機。
[0033] 步驟五，起焊：參見圖1所示，在壁板的縱環焊縫兩側各設有一個焊工，外側填充 與母材相匹配的焊絲4,內側根據壁板板厚選擇填充焊絲或不填充焊絲，在焊接位置進行橫 焊或立焊，主焊炬和輔焊炬分別從焊縫的內、外兩側同時對準同一熔池，主焊炬在前，輔焊 炬落後於主焊炬，兩者的間距始終保持為一個熔池長度以起到保護作用，一個熔池的長度 為不大於3_，兩者同步起弧，輔焊炬跟隨主焊槍同步移動，以同樣的速度沿同一個方向進 行焊接； 外側焊工勻速焊接，主焊炬與壁板表面呈75°至85°夾角，外側填充的焊絲與水平面 呈15°至20°夾角，輔焊炬與壁板表面呈80°至90°夾角，內側填充的焊絲與水平面呈 15°至20°夾角。
[0034] 外側焊工在保證焊縫飽滿的條件下，應儘量使焊接速度穩定，為反面焊工配合創 造良好條件，反面焊工根據熔池的流動性，在保證即焊透又飽滿的情況下，調節好電流。若 焊縫出現過高，內側焊工加快焊速，讓內側電弧適當超前外側熔池，促使外側焊工及時加快 焊接速度；若焊縫出現內凹，內側焊工按照敲擊儲罐壁板發出聲響等預定方式通知外側焊 工減慢焊接速度同時加快送外側焊絲的速度，以達到內外兩側良好的配合。
[0035] 步驟六，收焊：主焊炬和輔焊炬同時收弧，且收弧之後繼續充氬氣5持續3s?5s。
[0036] 所述步驟五中，填充焊絲的要求如下： 當壁板厚度< l〇mm時，焊縫的內側不填充焊絲，防止反面加焊絲掩蓋熔池流動情況， 造成未焊透缺陷，只要保證焊透和平滑的反面成型即可，直流氬弧焊焊機儘量選用較小電 流範圍為41?52A。
[0037] 當10mm<壁板厚度彡16mm時，焊縫打底時需要內側外側同時填絲焊接，焊接時內 側焊工要對準正面焊接熔池位置進行填充，滯後〇_到3_，儘量不要超前。打底完畢後由 於打磨的是單面V型坡口，因此外側需要藥皮手工電焊蓋面以加強焊縫強度。
[0038] 當壁板厚度> 16mm時，焊縫的內側外側打底同時填充焊絲。打底完畢後由於打磨 的是X型雙V型皮口，因此外側與內側都需要藥皮手工電焊蓋面，蓋面順序是內側反面先蓋 面，之後是外側正面再蓋面，防止收縮變形。
[0039] 經過試驗表明，傳統單側使用普通直流氬弧焊機焊接時，在壁板不打坡口的情況 下焊縫熔深深度為2mm?3mm ;單側使用焊接設備MSM-400逆變直流高頻脈衝氬弧焊機，其 因脈衝本身的特點，在壁板不打坡口的情況下焊縫熔深深度為l〇mm ;打單面V型坡口的情 況下焊縫烙深深度為6mm?8mm ;打雙面V型坡口的情況下焊縫烙深深度為12mm?16mm。
[0040] 而本發明中提到的雙人雙面同步鶴極脈衝氦弧焊，當10mm <壁板厚度彡16mm時 為單面V型坡口，可以避免打雙面坡口來進行焊接熔透，填加焊絲稍微蓋面即可，外側進行 蓋面加強強度，因內側不用在另外填充焊絲，所以更節約人工和時間。
[0041] 當壁板厚度> 16_時，採用X型雙面坡口，本發明也可以應用。即兩側使用對焊打 底，內側無需清根，內外打底完後先內側蓋面後外側蓋面以防止壁板變形，在壁板的厚度較 厚時可以省去清根所浪費的時間，這也意味著利用本發明對厚度較大的壁板進行焊接時， 依舊可以使用脈衝對焊來進行打底施焊以體現對焊的成型優點。
【權利要求】
1. 一種雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，其特徵在於，施工步驟如下： 步驟一，清理雜物：對不鏽鋼製儲罐壁板（3)組對前，首先把焊縫兩側的鐵鏽、油汙、氧 化物等雜質清理乾淨； 步驟二，對不鏽鋼製儲罐壁板（3)的焊接位置進行坡口（6)處理； 步驟三，焊接定位焊：兩塊不鏽鋼製儲罐壁板（3)組對時根據板材的厚度預留間隙，預 留的間隙為1. 5?2. 5mm，並使用手工氬弧焊焊接定位，每段定位焊的長度為10mm，相鄰兩 段定位焊的間隔為150?200mm，且在組對時確保對口錯邊量在允許的公差範圍之內； 步驟四，選擇焊槍設備：焊縫的外側為主焊炬（1 )，焊槍設備為MSM-400逆變直流高頻 脈衝氬弧焊機，焊縫的內側為輔焊炬（2)，焊槍設備為ZXT-400STG直流氬弧焊焊機； 步驟五，起焊：在壁板的焊縫兩側各設有一個焊工，外側選擇與壁板相匹配的焊絲 (4)，內側根據壁板的板厚選擇填充焊絲或不填充焊絲，主焊炬（1)和輔焊炬（2)分別從焊 縫的內、外兩側同時對準同一熔池，主焊炬在前，輔焊炬落後於主焊炬，兩者的間距始終保 持為一個熔池長度以起到保護作用，保持主焊炬、輔焊炬和焊絲與壁板之間的夾角固定，兩 者同步起弧，輔焊炬跟隨主焊槍同步移動，以同樣的速度沿同一個方向進行焊接； 步驟六，收焊：主焊炬和輔焊炬同時收弧，且收弧之後兩個焊炬均繼續充氬氣（5) 3s? 5s〇
2. 根據權利要求1所述的雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，其特徵在於： 所述步驟二中，不鏽鋼製儲罐壁板的坡口（6)處理要求如下： 當壁板厚度< l〇mm時，不打坡口， 當10mm <壁板厚度 16mm時，打磨內外雙V坡口即X型坡口。
3. 根據權利要求1所述的雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，其特徵在 於：所述步驟四中，主焊炬和副焊炬均為逆變式直流正接法，使用時保持主焊炬的電流為 132?143A，電壓為14?16V，氬氣的流量為8?12L/min ;保持副焊炬的電流為41?62A， 電壓為8?10V，氬氣的流量為8?12L/min。
4. 根據權利要求1或2所述的雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，其特徵在 於：所述步驟五中，填充焊絲的要求如下： 當壁板厚度< l〇mm時,焊縫的外側填充焊絲，內側不填充焊絲， 當10_<壁板厚度 16_時，焊縫的內側和外側同時填充焊絲打底，打底完畢後由於打磨的 是X型雙V型皮口，因此內側和外側都需要藥皮手工電焊蓋面以加強焊縫強度，蓋面順序是 內側先蓋面，外側再蓋面，防止收縮變形。
5. 根據權利要求4所述的雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，其特徵在於： 所述步驟五中，主焊炬與壁板表面呈75°?85°夾角，外側填充的焊絲與水平面呈15°? 20°夾角，輔焊炬與壁板表面呈80°?90°夾角，內側填充的焊絲與水平面呈15°?20° 夾角。
6. 根據權利要求1所述的雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，其特徵在於： 所述步驟五中，一個熔池長度為不大於3_。
7.根據權利要求1所述的雙人雙面同步鎢極高頻脈衝氬弧焊對焊工法，其特徵在於： 所述步驟五中，外側焊工勻速焊接，若焊縫出現過高，內側焊工加快焊速，讓內側電弧適當 超前外側熔池，促使外側焊工及時加快焊接速度；若焊縫出現內凹，內側焊工按照敲擊儲罐 壁板發出聲響的預定方式通知外側焊工減慢焊接速度同時加快送外側焊絲的速度，以達到 內外兩側良好的配合。
【文檔編號】B23K9/167GK104096954SQ201410290150
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】任俊和, 婁東旭, 孫宏亮, 王天琦, 張曉明 申請人:中建一局集團安裝工程有限公司, 中國建築一局(集團)有限公司