CN107052550A - 一种镀锌钢板焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于焊接工艺技术领域，具体涉及一种镀锌钢板的焊接方法。为了解决采用现有技术对镀锌钢板进行连续熔化焊时，存在操作不方便以及除锌过程中存在污染环境和影响操作人员身体健康的问题，本发明公开了一种镀锌钢板焊接方法。该镀锌钢板焊接方法，包括以下步骤：步骤S1,对镀锌钢板进行I型坡口加工和表面清洁处理；步骤S2，采用等离子弧焊的方式对镀锌钢板直接进行连续的熔化焊；步骤S3，对焊缝及其两侧进行焊渣清理和补锌处理。通过采用本发明的镀锌钢板焊接方法，不仅提高在施工现场对镀锌钢板焊接的便捷性和灵活性，而且加强了对施工环境的保护以及对操作人员的健康保护。
Description
技术领域
本发明属于焊接工艺技术领域，具体涉及一种针对1.6～3.5mm厚度镀锌钢板的焊接方法。
背景技术
在AP1000核电站的施工建设过程中，对采用S220GD+Z，S250GD+Z，S280GD+Z镀锌钢板的通风管道进行焊接时，要求采用熔化焊的方式进行连续焊接，保证镀锌钢板之间在连接位置的完全熔合。
目前，对镀锌钢板进行连续熔化焊的方式主要有两种：第一种是采用激光焊的方式，通过激光器发射产生高功率密度的激光束，同时辅加侧吹气对锌蒸气驱除，以便于加强对锌蒸气的抗干扰能力，从而完成对镀锌钢板的快速连续熔化焊接。但是，采用激光焊的方式会受到施工环境的极大地限制，无法在施工现场对镀锌钢板进行自由焊接。第二种是采用去除镀锌层后进行的电弧焊方式，首先通过物理方法或化学方法将镀锌钢板表层的镀锌层进行去除，然后采用普通的电弧焊工艺，例如氩弧焊或熔化极气体保护焊等方式对裸露钢板部分进行焊接。这种方式不仅操作复杂需要进行除锌，而且在去除镀锌层的过程中会对环境造成严重的污染，尤其是采用人工打磨的物理方法去除镀锌层时，不仅会造成锌粉尘的四处飘散，而且操作人员吸入锌粉尘会对身体健康造成严重的影响。
发明内容
为了解决采用现有技术对镀锌钢板进行连续熔化焊时，存在操作不方便以及除锌过程中存在污染环境和影响操作人员身体健康的问题，本发明提出了一种镀锌钢板焊接方法。该镀锌钢板焊接方法，包括以下步骤：
步骤S1,对镀锌钢板进行I型坡口加工和表面清洁处理；
步骤S2，采用等离子弧焊的方式对镀锌钢板直接进行连续的熔化焊；
步骤S3，对焊缝及其两侧进行清理和补锌处理。
优选的，对1.6mm镀锌钢板进行等离子弧焊接时，焊接电流为100～105A，离子气流量为1.2～1.3L/min，焊接速度为325～340mm/min。进一步优选的，送丝速度为170～180cm/min。
优选的，对2.7mm镀锌钢板进行等离子弧焊接时，焊接电流为128～133A，离子气流量为1.7～1.8L/min，焊接速度为295～305mm/min。进一步优选的，送丝速度为205～210cm/min。
优选的，对3.5mm镀锌钢板进行等离子弧焊接时，焊接电流为140～145A，离子气流量为2.2～2.4L/min，焊接速度为248～253mm/min。进一步优选的，送丝速度为205～210cm/min。
优选的，所述离子气采用纯度不小于99.99％的氩气。
优选的，对镀锌钢板进行无间隙组对并进行单道焊接。
采用本发明的镀锌钢板焊接方法，对镀锌钢板进行焊接时，具有以下有益效果：
1、本发明通过将等离子弧焊直接应用在镀锌钢板的连续熔化焊中，不仅解决了现有技术中采用激光焊接时对焊接工况的限制，而且避免了采用除锌方式焊接时，除锌过程对环境的污染和对操作人员身体健康的影响，从而提高了在施工现场对镀锌钢板进行连续熔化焊的便捷性和灵活性，同时提高了对施工环境的改善和对操作人员的健康保护。
2、本发明通过利用等离子弧焊设备所独有的机械压缩、热压缩和电磁压缩特性对电弧进行共同压缩作用，使输出的电弧具有持续的稳定性和高密度的能量，从而提高电弧对锌蒸气的抗干扰能力，即保证对镀锌钢板进行焊接过程中电弧稳定性和强度，从而实现对镀锌钢板的焊接。同时，在本发明中针对镀锌钢板的焊接厚度不同，通过大量试验对焊接参数进行了特定选取以及对不同焊接参数进行了特定匹配，从而加强了对镀锌钢板进行连续熔化焊时电弧对锌蒸气的持续抗干扰能力，从而保证连续焊接过程中电弧的稳定性和强度，实现对镀锌钢板的连续熔化焊。其中，通过对焊接电流、焊接速度和离子气流量的选取以及相互匹配，不仅实现了对输出电弧具有能量的恰当控制，从而保证对镀锌钢板具有恰当的穿透焊接能力而不出现未熔透或熔穿现象，而且此时电弧所产生的焊接热区域范围既可以实现对镀锌层的快速蒸发，避免了锌进入熔池出现焊接裂纹，而且可以将锌蒸气有效地隔离在保护气和离子气外侧，避免了锌蒸气对电弧的干扰，从而保证输出电弧的持续稳定性和强度，实现对镀锌钢板稳定的连续熔化焊。
附图说明
图1为实施例1中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的正面焊接效果图；
图2为实施例1中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图；
图3为对比例1中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图；
图4为对比例2中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图；
图5为实施例2中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的正面焊接效果图；
图6为实施例2中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图；
图7为对比例3中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图；
图8为对比例4中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图；
图9为实施例3中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的正面焊接效果图；
图10为实施例3中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图；
图11为对比例5中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图；
图12为对比例6中的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图。
具体实施方式
下面以AP1000核电站的施工过程中，对采用S220GD+Z，S250GD+Z，S280GD+Z镀锌钢板的通风管道进行焊接为例，进行本发明技术方案的详细介绍。
本发明镀锌钢板焊接方法的具体步骤为：
步骤S1，对待焊接的镀锌钢板进行坡口加工，并对坡口端面和坡口周围进行清理。其中，在本发明中，对镀锌钢板进行I型坡口加工，并借助毛刷和白布对坡口端面以及坡口边缘20mm范围内的锈、油、污进行清理，使镀锌钢板的表面保持清洁和干燥。
步骤S2，采用等离子弧焊的方式对镀锌钢板直接进行连续的熔化焊。首先，对待焊接的镀锌钢板进行组对。在本发明中，对镀锌钢板采用无间隙组对，并且将错边控制在0.5mm以内，这样可以快速组对，减少焊接量和焊材的填充量，提高焊接效率。然后，设定焊接参数，根据镀锌钢板厚度的不同，对焊接电流、离子气流量以及焊接速度等参数进行特定选取和匹配。最后，采用平焊的方式对镀锌钢板进行焊接，完成镀锌钢板的焊接。其中，在本发明中，针对I型坡口采用单道焊接，提高焊接效率。
步骤S3，对完成焊接的镀锌钢板进行焊缝以及焊缝两侧区域的清理，并对焊缝及其周围进行补锌操作。
优选的，在本发明中，针对1.6mm厚度的镀锌钢板直接进行连续熔化焊时，焊接电流为100～105A，离子气流量为1.2～1.3L/min，焊接速度为325～340mm/min，保护气流量为15～20L/min，送丝速度为170～180cm/min。针对2.7mm厚度的镀锌钢板直接进行连续熔化焊时，焊接电流为128～133A，离子气流量为1.7～1.8L/min，焊接速度为295～305mm/min，保护气流量为15～20L/min，送丝速度为205～210cm/min。针对3.5mm厚度的镀锌钢板直接进行连续熔化焊时，焊接电流为140～145A，离子气流量为2.2～2.4L/min，焊接速度为248～253mm/min，保护气流量为15～20L/min，送丝速度为205～210cm/min。
此外，在本发明中，针对S220GD+Z，S250GD+Z，S280GD+Z镀锌钢板的焊接过程中，选取直径为1.0mm的ER50-6焊丝作为焊缝的填充焊丝。离子气和保护气均选用纯度不小于99.99％的氩气，以便于提高离子气和保护气对钨极的保护，进而保证电弧的持续稳定。
实施例1，采用本发明的焊接方法，对1.6mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其中，焊接电流为103A，离子气流量为1.2L/min，焊接速度为330mm/min，保护气流量为20L/min，送丝速度为175cm/min。图1和图2是对本实施例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的正面和背面焊接效果图。从图中可以看出，在镀锌钢板的正面和背面均形成了连续、平滑的焊缝，满足了对镀锌钢板进行连续熔化焊的焊接质量要求。
对比例1，采用与实施例1相同的方法，对1.6mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其区别仅在于焊接电流为95A。图3是该对比例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图。从图3可以看出，在镀锌钢板的背面出现了未熔合现象，该镀锌钢板的焊接存在质量缺陷。
对比例2，采用与实施例1相同的方法，对1.6mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其区别仅在于焊接电流为110A。图4是该对比例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图。从图4可以看出，在镀锌钢板背面的部分位置出现了熔穿现象，使焊接效果无法满足设计要求。
通过实施例1与对比例1和对比例2的相互对比可知，采用等离子弧焊对1.6mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊时，当焊接电流值低于100A时，镀锌钢板背面出现未熔透的焊接缺陷；当焊接电流值高于105A时，镀锌钢板背面出现熔穿的焊接缺陷。此外通过进一步的试验发现，随着焊接电流值进一步低于100A，镀锌钢板背面的未熔透缺陷将继续加重；随着焊接电流值进一步高于105A，镀锌钢板背面的熔穿现象也更加严重。
实施例2，采用本发明的焊接方法，对2.7mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其中，焊接电流为130A，离子气流量为1.8L/min，焊接速度为300mm/min，保护气流量为20L/min，送丝速度为208cm/min。图5和图6是对本实施例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的正面和背面焊接效果图。从图中可以看出，在镀锌钢板的正面和背面均形成了连续、平滑的焊缝，满足了对镀锌钢板进行连续熔化焊的焊接质量要求。
对比例3，采用与实施例2相同的方法，对2.7mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其区别仅在于焊接速度为290mm/min。图7是该对比例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图。从图7可以看出，在镀锌钢板的背面出现了熔穿现象，使该镀锌钢板的焊接不满足设计要求。
对比例4，采用与实施例2相同的方法，对2.7mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其区别仅在于焊接速度为310mm/min。图8是该对比例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图。从图8可以看出，在镀锌钢板的背面存在明显的未熔合现象，焊接效果很差。
通过实施例2与对比例3和对比例4的相互对比可知，采用等离子弧焊对2.7mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊时，当焊接速度值低于295mm/min时，镀锌钢板的背面存在熔穿问题；当焊接速度值高于305mm/min时，镀锌钢板的背面存在未熔合问题。并且通过进一步的试验发现，随着焊接速度值继续低于295mm/min，镀锌钢板背面的熔穿区域进一步增加；随着焊接速度值继续高于305mm/min，镀锌钢板背面的焊缝间隙更加明显，未熔合问题更加严重。
实施例3，采用本发明的焊接方法，对3.5mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其中，焊接电流为143A，离子气流量为2.3L/min，焊接速度为250mm/min，保护气流量为15L/min，送丝速度为210cm/min。图9和图10是对本实施例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的正面和背面焊接效果图。从图中可以看出，在镀锌钢板的正面和背面均形成了连续、平滑的焊缝，满足了对镀锌钢板进行连续熔化焊的焊接质量要求。
对比例5，采用与实施例3相同的方法，对2.7mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其区别仅在于离子气流量为2.0L/min。图11是该对比例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图。从图11可以看出，在镀锌钢板的背面存在连续性的未熔合现象，使镀锌钢板背面几乎没有发生熔化焊。
对比例6，采用与实施例3相同的方法，对2.7mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊。其区别仅在于离子气流量为2.6L/min。图12是该对比例的镀锌钢板完成焊接后，镀锌钢板的背面焊接效果图。从图12可以看出，在镀锌钢板的背面出现了明显的熔穿现象。
通过实施例3与对比例5和对比例6的相互对比可知，采用等离子弧焊对3.5mm厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊时，当离子气流量值低于2.2L/min时，镀锌钢板的背面存在未熔合问题；当离子气流量值高于2.4L/min时，镀锌钢板的背面存在熔穿问题。并且通过进一步的试验发现，随着离子气流量值继续低于2.2L/min，镀锌钢板背面的未熔合情况伴随着加重；随着离子气流量值继续高于2.4L/min，会使熔穿时产生的小孔直径变大，甚至使焊缝无法成形。
在上述三组实施例以及相应的对比例中，为了保证对比试验的精准度和准确性，在对应的实施例和对比例中只对一个焊接参数变量进行了调整。针对1.6mm镀锌钢板的焊接，只对焊接电流值进行了调整改变；针对2.7mm镀锌钢板的焊接，只对焊接速度值进行了调整改变；针对3.5mm镀锌钢板的焊接，只对离子气流量值进行了调整改变，从而得出不同焊接参数以及焊接参数值范围的选取对镀锌钢板进行连续熔化焊的效果影响。
同理，焊接电流值的变化，对2.7mm和3.5mm镀锌钢板的焊接影响效果与对1.6mm镀锌钢板的焊接影响效果相同；焊接速度值的变化，对1.6mm和3.5mm镀锌钢板的焊接影响效果与对2.7mm镀锌钢板的焊接影响效果相同；离子气流量值的变化，对1.6mm和2.7mm镀锌钢板的焊接影响效果与对3.5mm镀锌钢板的焊接影响效果相同，此处不再对上述情况进行详细的一一列举。但是，针对不同厚度的镀锌钢板进行连续熔化焊时，对焊接电流值、焊接速度值以及等离子气流量值的选取以及三者之间的相互匹配关系则存在着相应的差异和区别。
Claims (9)
1.一种镀锌钢板焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1,对镀锌钢板进行I型坡口加工和表面清洁处理；
步骤S2，采用等离子弧焊的方式对镀锌钢板直接进行连续的熔化焊；
步骤S3，对焊缝及其两侧进行清理和补锌处理。
2.根据权利要求1所述的镀锌钢板焊接方法，其特征在于，对1.6mm镀锌钢板进行等离子弧焊接时，焊接电流为100～105A，离子气流量为1.2～1.3L/min，焊接速度为325～340mm/min。
3.根据权利要求2所述的镀锌钢板焊接方法，其特征在于，送丝速度为170～180cm/min。
4.根据权利要求1所述的镀锌钢板焊接方法，其特征在于，对2.7mm镀锌钢板进行等离子弧焊接时，焊接电流为128～133A，离子气流量为1.7～1.8L/min，焊接速度为295～305mm/min。
5.根据权利要求4所述的镀锌钢板焊接方法，其特征在于，送丝速度为205～210cm/min。
6.根据权利要求1所述的镀锌钢板焊接方法，其特征在于，对3.5mm镀锌钢板进行等离子弧焊接时，焊接电流为140～145A，离子气流量为2.2～2.4L/min，焊接速度为248～253mm/min。
7.根据权利要求6所述的镀锌钢板焊接方法，其特征在于，送丝速度为205～210cm/min。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的镀锌钢板焊接方法，其特征在于，所述离子气采用纯度不小于99.99％的氩气。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的镀锌钢板焊接方法，其特征在于，对镀锌钢板进行无间隙组对并进行单道焊接。
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