一種控制大型厚壁冷彎方矩形管焊接質量的方法
2023-08-13 07:17:11 2
專利名稱：一種控制大型厚壁冷彎方矩形管焊接質量的方法
技術領域：
本發明涉及一種冷彎型鋼的加工方法，尤其涉及一種控制大型厚壁冷彎方矩形高 頻焊管焊接質量的方法。
背景技術：
方矩形焊接鋼管由於外形美觀，受力合理，節點處理相對簡單等優點，因而在機場 航站樓、體育場館和會展中心等的桁架結構體系以及幕牆支撐體系中作為鋼構件得到普遍 應用。隨著冷彎行業的迅速發展，建築行業執行新的標準，對冷彎型鋼提出了包括機械性能 在內的更高要求，焊接接頭是焊接件機械性能最薄弱的環節，要提高焊接件的機械性能，首 先就是提高焊接接頭的機械性能。目前，尚沒有一種能夠通過計算量來控制大型厚壁方矩 形高頻焊管焊接質量的工藝方法。
發明內容
本發明的目的是，針對上述存在的技術問題和不足，提供一種通過計算量進行定 量分析的控制大型厚壁冷彎方矩形管焊接質量的方法。本發明的技術方案是一種控制大型厚壁冷彎方矩形管焊接質量的方法，冷彎形 成的方矩形管開口處具有一定角度的開口角α，在開口角α上進行高頻焊接，該方法由輸 入面能量Ea計算，輸入面能量Ea在合理數值範圍內焊接質量最佳，所述輸入面能量Ea計 算公式 Ea-輸入面能量W/ (mm2/min)，N-輸入功率kw，d_管壁厚度mm，v_焊接速度m/min。本發明的有益效果是大型厚壁冷彎方矩形高頻焊管在焊縫焊接區，決定加熱狀 況的因素有開口角、輸入功率、焊接速度以及管壁厚度，由於輸入功率和焊接速度等參數 同時在變化，難於定量分析，用綜合輸入功率、焊接速度、管壁厚度於一體的新工藝參數輸 入面能量來計算分析，矩形管焊接時輸入面能量越大，焊接接頭區被加熱的溫度就會越高， 熱影響區的寬度也就越寬。選取最佳焊接質量時的輸入面能量數值，獲得焊接質量優良，強 度、硬度提高，機械性能保持母材性能的大型厚壁冷彎方矩形管，既節能，又提高生產效率。 本方法對於處理高頻對縫焊接問題，是方便而行之有效的工藝參量。
圖1為熱影響區寬度Dh與輸入面能量Ea的關係圖；圖2為焊縫顯微組織分布圖；圖3為方矩形管焊接前的示意圖。
具體實施例方式大型厚壁冷彎方矩形管是在冷彎成型機組上以直接成型工藝方法將板材加工成 方矩形管形狀，冷彎形成的方矩形管開口處具有一定角度的開口角α，開口處採用高頻焊 接。如圖3所示，顯示了方矩形管焊接前的示意圖。在焊縫焊接區，決定加熱狀況的因素 有開口角α的大小、輸入功率N、焊接速度ν以及管壁厚度d，由於輸入功率N和焊接速度 ν等參數同時在變化，難於定量分析。採用綜合輸入功率N、焊接速度V、管壁厚度d於一體 的新工藝參數輸入面能量Ea來計算分析，能夠通過計算量來控制大型厚壁方矩形高頻焊 管焊接質量。輸入面能量的計算公式是 式中Ea輸入面能量W/(mm7min)，N-輸入功率kw ；d-管壁厚度mm ；ν-焊接速度 m/mirio圖1為熱影響區寬度Dh(y軸)與輸入面能量EaO^S)的關係圖，輸入面能量Ea 為W/(mm2/min)，熱影響區寬度Dh為mm，本發明試驗在GH450焊管生產線上進行，方矩形管 尺寸分別 250X250X 11. 8mm、250 X 250 X 9. 8mm、200 X 300 X 9. 8mm、200 X 300 X 11. 8mm,材 質為Q235，試樣的化學成分符合GB/T699標準，為含C量為0. 20%左右的低碳鋼。在頻率 大體一定(195-200kHz)下，通過改變焊接速度、開口角、輸入功率的大小以及方矩形管的 壁厚、焊接擠壓力等生產參數，來調整焊管接頭機械性能。從圖中反映出在各種開口角和壁 厚的試驗範圍內，熱影響區寬度隨著輸入面能量的增加而線性的增加這一定量的關係。A線 為開口角為3°、壁厚為9. 8mm時，熱影響區寬度Dh與輸入面能量Ea的關係；B線為開口 角為4. 5°、壁厚為9. 8mm時，熱影響區寬度Dh與輸入面能量Ea的關係；C線為開口角為 4.5°、壁厚為11. 8mm時，熱影響區寬度Dh與輸入面能量Ea的關係；D線為開口角為6°、 壁厚為11. 8mm時，熱影響區寬度Dh與輸入面能量Ea的關係。方矩形管焊接時輸入面能量 越大，焊接接頭區被加熱的溫度就會越高，熱影響區的寬度也就越寬。由直線的斜率可知， 當壁厚相同時，開口角小者斜率大。當開口角相同時，厚壁者斜率稍大。斜率大說明單位輸 入面能量可得到較寬的熱影響區，說明加熱效率高，符合高頻加熱原理。開口角小時，加熱 效率高，擠壓力較大，可以通過低輸入面能量較高焊接速度運行獲得優質接頭彎曲性能，既 節能又提高生產效率。開口角大時，加熱效率降低，擠壓力較小，可以通過較高輸入面能量 較低焊接速度運行獲得優質接頭彎曲性能。從提高焊接質量和生產效率，節約能量角度出發，最佳焊接質量的開口角α為 2. 9 ^ 3. 1°，輸入面能量Ea為3. 5⑴4. Off/ (mm2/min)，焊接速度ν為10…14m/min,擠壓 量1mm。獲得焊接質量優良，強度、硬度提高，機械性能保持母材性能的大型厚壁冷彎方矩形 管，既節能，又提高生產效率。實施例一方矩形管尺寸150X 150X4mm，開口角α為2. 9°，壁厚d為4mm，輸入 面能量Ea為3. 5ff/ (mm2/min)，焊接速度ν為14m/min，擠壓量1mm。實施例二方矩形管尺寸250X250X 11.8_，開口角α為3. 1 °，壁厚d為 11. 8mm,輸入面能量Ea為4. Off/ (mm2/min)，焊接速度ν為10m/min，擠壓量1mm。實施例三方矩形管尺寸250X250X9. 8mm，開口角α為3. 0°，壁厚d為9. 8mm， 輸入面能量Ea為3. 8ff/ (mm2/min)，焊接速度ν為12m/min，擠壓量1mm。
實施例四方矩形管尺寸200X 300X9. 8mm，開口角α為3. 1°，壁厚d為9. 8mm， 輸入面能量Ea為3. 9ff/ (mm2/min)，焊接速度ν為1 lm/min，擠壓量1mm。實施例五方矩形管尺寸200X300X11.8_，開口角α為2. 9 °，壁厚d為 11. 8mm，輸入面能量Ea為3. 6W/(mm2/min)，焊接速度ν為13m/min，擠壓量1mm。實施例六方矩形管尺寸500X500X 19mm，開口角α為3. 0°，壁厚d為19_，輸 入面能量Ea為4. Off/ (mm2/min)，焊接速度ν為10m/min，擠壓量1mm。以上實施例獲得焊接質量優良，強度、 硬度提高，機械性能保持母材性能的大型厚 壁冷彎方矩形管，既節能，又提高生產效率。圖2為焊縫顯微組織分布圖，1為母材，2為熱影響區，3為焊縫中心脫碳。生產工藝 對焊縫區顯微組織的影響表現為隨輸入功率的增大，焊接速度和管壁厚的減少，過熱區、 脫碳層與熱影響區寬度增加，過熱區內魏氏組織級別增加而晶粒度下降，隨開口角的減小， 加熱效率提高，效應更加強烈。輸入面能量Ea與熱影響區寬度之間存在正比線性關係。焊 接接頭的彎曲角隨擠壓力，管壁厚的增加而增加，焊接接頭彎曲性能與熱影響區寬度Dh也 呈山山峰形變化關係。通過輸入面能量的定量分析，對於處理高頻對縫焊接問題，是方便而行之有效的
工藝參量。
權利要求
一種控制大型厚壁冷彎方矩形管焊接質量的方法，冷彎形成的方矩形管開口處具有一定角度的開口角α，在開口角α上進行高頻焊接，其特徵是該方法由輸入面能量Ea計算，輸入面能量Ea在合理數值範圍內焊接質量最佳，所述輸入面能量Ea計算公式 Ea= N ( KW ) d ( mm )v ( m / min ) = N ( W ) dv ( mm2 / min ) Ea-輸入面能量W/(m2/min)，N-輸入功率kw，d-管壁厚度mm，v-焊接速度m/min。
2.根據權利要求1所述的控制大型厚壁冷彎方矩形管焊接質量的方法，其特徵是最 佳焊接質量的開口角α為2. 9…3.1°、輸入面能量Ea為3. 5…4.0W/(mm7min)。
3.根據權利要求2所述的控制大型厚壁冷彎方矩形管焊接質量的方法，其特徵是最 佳焊接質量時的焊接速度ν為10…14m/min，擠壓量為1mm。
全文摘要
本發明公開了一種控制大型厚壁冷彎方矩形管焊接質量的方法，在開口角上進行高頻焊接，焊接質量用綜合輸入功率、焊接速度、管壁厚度於一體的新工藝參數輸入面能量來計算分析，輸入面能量在合理數值範圍內焊接質量最佳。本發明對於處理高頻對縫焊接問題，是方便而行之有效的工藝參量。
文檔編號B23K13/00GK101862893SQ20101014505
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者周緒昌, 張恆, 李立新, 趙勇 申請人:泰安科諾型鋼股份有限公司