CN114799429A - 一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，包括如下步骤：一、焊接坡口加工；二、焊接：焊接电流极性采用直流反接；采用埋弧焊进行打底焊接，再进行多道焊接进行填充，最后对正面和反面分别进行盖面焊接；其中，进行所述多道焊时，焊缝宽度为8～31mm，铁粉填充物厚度为15mm～4mm，焊接电流为750A～870A，焊接电压为34V～41V，焊接速度为25～30cm/min；通过采用与母材匹配的铁粉填充物，可减少对间隙偏差的敏感度，同时提高熔敷效率，并配合合理的操作步骤、焊接顺序、焊接参数进行焊接，保证厚板焊接质量，并减少埋弧焊填充道次，从而提高生产效率、减少人工投入、节省成本、缩短船坞建造周期、改善劳动环境。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，特别是涉及一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法。
背景技术
超大型集装箱船的最显著特征是具有抗扭箱结构，该结构是集装箱船上最关键的受力结构，而抗扭箱区域的舱口围结构又是结构应力分布最集中区域。如图1所示，舱口围结构均采用大厚度高强度钢，最大板厚达100mm，其分段阶段板缝对接接头采用为单丝埋弧焊焊接形式，焊接难度大，效率低。目前，舱口围结构中分段拼板(例如舱口顶板201、舱口围板203、纵骨202、舱口顶板201、主甲板204的拼接等)，采用的焊接方法为CO2半自动焊或单丝埋弧自动焊，其焊道填充层数道数较多、焊接应力集中、层间温度降低太快，从而增加了焊道裂纹的风险。CO2焊接效率较低、劳动强度高、烟尘粉尘大，并且焊接质量受人为因素影响大。
近年来，各大船企对“节能减排、提质增效”的工作越来越重视，双丝埋弧自动焊及FGB埋弧自动焊在船舶领域也有应用。但双丝焊设备受限于两个电源控制，笨重不够灵活，生产中应用受到限制。而FGB埋弧自动焊主要应用于50mm以下板厚对接并且只适用于钢板强度级别EH36及以下级别，FGB埋弧自动焊为单面焊双面成型，厚板直接采用FGB埋弧自动焊会出现单面填充量大、焊接变形严重的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种适用于大厚板的高熔敷埋弧自动焊焊接方法。
本发明提出一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，包括如下步骤：焊接坡口加工步骤：在该钢厚板加工出X型坡口，正面坡口的角度α，反面坡口的角度β，反面坡口厚度d，钝边长度b，根部间隙c，该钢厚板的厚度为t；焊接步骤：选择正面坡口进行打底焊；在所述打底焊道上对所述正面坡口采用FGB法埋弧焊焊接出填充焊道，并进行盖面焊；对所述反面坡口采用FGB法埋弧焊焊接出填充焊道，并进行盖面焊。
优选地，在进行填充焊时，根据焊缝宽度填充对应厚度的铁粉填充物，焊缝宽度为8～31mm，铁粉填充物厚度为15mm～4mm，焊接电流为750A～870A，焊接电压为34V～41V，焊接速度为25～30cm/min。
优选地，进行所述填充焊时，焊缝宽度为8～15mm时，铁粉填充物厚度15～12mm，电流750～800A，电压34～37V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度15～21mm，铁粉填充物厚度11～9mm，电流830～850A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度21～26mm，铁粉填充物厚度10～8mm，电流850～870A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度26～31mm，铁粉填充物厚度8～4mm，电流860～870A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min。
优选地，所述正面坡口角度为50°～60°，反面坡口的角度β为70°～90°，反面坡口厚度d为1/3t～2/5t，钝边长度b＝0～3mm，根部间隙c＝0～2mm。
优选地，所述钢厚板厚度t为50～100mm。
优选地，在进行打底焊接时，采用单丝填弧自动焊，焊接电流为550～570A，电压28～31V，焊接速度45～50cm/min。
优选地，在进行所述盖面焊接时，用铁粉填充物均匀铺设在坡口内，焊接电流为800～820A，电压30～34V，焊接速度38～43cm/min。
优选地，焊接过程中，焊接层间温度简T为100℃～200℃。
如上所述，本发明涉及的一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法：焊接时，通过采用与母材匹配的铁粉填充物，减少对间隙偏差的敏感度，提高熔敷效率，并且配合合理的操作步骤、焊接顺序、焊接参数进行焊接，保证厚板焊接质量，减少了埋弧焊填充道次，从而提高生产效率、减少人工投入、节省成本、缩短船坞建造周期、改善劳动环境。
附图说明
图1为现有技术中舱口围结构厚板埋弧焊拼板分布区域。
图2为现有技术中高强度钢厚板采用单丝埋弧焊后焊接顺序的示意图。
图3为本发明高强度厚板的X型坡口的示意图。
图4为本发明高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法的示意图。
图5为本发明采用高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法正面坡口与反面坡口焊接顺序示意图。
附图标记说明：
100、高强度钢厚板；101、打底焊道；110、铁粉填充物；120、焊剂；130、焊丝；201、舱口顶板；202、纵骨；203、舱口围板；204、主甲板；205、内纵壁板；206、舷侧外板。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图3和图5所示，一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法的实施例，首先，对焊接坡口进行加工，在该钢厚板加工出X型坡口，正面坡口的角度α为50°～60°，反面坡口的角度β为70°～90°，反面坡口厚度d为1/3t～2/5t，钝边长度b＝0～3mm，根部间隙c＝0～2mm，其中，该钢厚板的厚度为t为50～100mm。
进行焊接时，选择正面坡口进行打底焊，采用单丝填弧自动焊，打底焊接电流为550～570A，电压28～31V，焊接速度45～50cm/min，焊接电流极性为直流反接。
在所述打底焊道101上对所述正面坡口进行填充焊道，并进行盖面焊；对所述反面坡口采用进行填充焊道，并进行盖面焊；采用FGB法埋弧焊焊接出填充焊道，根据焊缝宽度填充对应的铁粉填充物厚度，其中，焊缝宽度为8～31mm，铁粉填充物厚度为15mm～4mm，焊接电流为750A～870A，焊接电压为34V～41V，焊接速度为25～30cm/min，焊接电流极性为直流反接。
最后，盖面焊采用单丝埋弧焊，盖面焊接电流为800～820A，电压30～34V，焊接速度38～43cm/min，焊接电流极性为直流反接。
如图4和图5所示，其中，铁粉填充物110与母材(即本实施例中的高强度钢厚板100)相适配。打底焊是为了保证焊缝根部质量，不需要添加铁粉。本实施例中，采用FGB法埋弧焊时，铁粉填充物110的厚度是关键，铁粉填充物110的厚度采取随着焊缝宽度的增大而变薄的方式，焊接过程中匹配合理的焊接参数，才能达到良好的焊缝成形及接头性能。当铁粉填充物110太薄时，达不到焊接效率，影响焊接接头性能；铁粉填充物110太厚，不能充分熔化，易形成未融合、夹渣等缺陷。焊接电流、焊接电压太小、焊接速度过快，铁粉不能充分融化，并且焊缝熔宽达不到，成型较差，容易出现未融合、夹渣等缺陷；焊接电流、电压太大、焊接速度过慢，焊缝性能无法保证，表面成型较差，容易出现咬边等缺陷。
因此，当焊缝宽度为8～15mm时，铁粉填充物厚度15～12mm，电流750～800A，电压34～37V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度15～21mm，铁粉填充物厚度11～9mm，电流830～850A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度21～26mm，铁粉填充物厚度10～8mm，电流850～870A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度26～31mm，铁粉填充物厚度8～4mm，电流860～870A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min。
具体的，如图5所示，在本实施例中，第1道为打底焊，第2和12焊道，铁粉厚度15～12mm，电流750～800A，电压34～37V，焊接速度25～30cm/min；第3和13道焊道，铁粉厚度11～9mm，电流830～850A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min；第4和14道焊道，铁粉厚度10～8mm，电流850～870A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min；第5和15道焊道，铁粉厚度8～4mm，电流860～870A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min。优选地，焊接过程中，焊接过程焊接层间温度T控制为100℃≤T≤200℃，每层每道清理焊渣。
最后，进行盖面焊，正面焊道6～11、反面焊道16～20采用单丝埋弧焊盖面，焊接电流800～820A，电压30～34V，焊接速度38～43cm/min。进行盖面焊焊接前，可将铁粉均匀的铺设在坡口内，避免刻意地压紧铁粉造成铁粉密度不一致。
该高强度钢厚板埋弧自动焊焊接方法，通过采用与母材匹配的铁粉填充物110，可减少对间隙偏差的敏感度，同时提高熔敷效率，并且配合合理的操作步骤、焊接顺序、焊接参数进行焊接，保证厚板焊接质量，并减少埋弧焊填充道次，从而提高生产效率、减少人工投入、节省成本、缩短船坞建造周期、改善劳动环境。需要强调的是，该焊接方法可以正面坡口焊接完成后，再对反面坡口进行焊接，避免了正反面交替焊接，加快了焊接效率。
优选地，在焊接前，还需要做一些准备工作，包括设备的选择、焊接材料的匹配以及一些焊前对焊剂120、焊接母材、焊接设备的调整工作。
本实施例中，焊接设备选用结构紧凑、重量轻便的田弧焊小车，焊接材料选用与母材(也就是高强度钢厚板100)等级匹配的埋弧焊材、铁粉，焊丝130直径为4.0mm～5.0mm。
焊接前，对焊剂120在300℃～350℃烘焙2h，并且进行100℃保温；焊接前需预热，采用火焰或电加热将厚板加热至100℃；焊丝130干伸长20～40mm。母材坡口及焊接区域20mm宽应采用砂轮打磨片打磨干净，去除油污、锈、水垢和其它对焊接有害的物质。
焊接结束48小时后，进行无损检测。磁粉检测(MT)，检测结果满足ISO-23278合格等级；超声波检测(UT)，检测结果是否满足JIS-Z3060合格等级。
综上，本发明提供的工艺方法克服了现有技术的不足，解决现有技术中CO2半自动焊焊道填充多、应力集中、焊接质量不稳定问题；解决常规单丝埋弧焊焊道填充多、多层多道焊、应力集中、需要正反面交替焊接，焊接效率较低的问题；解决FGB法焊接较薄板以及只用于普通高强度钢的局限性。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
焊接坡口加工步骤：在该钢厚板加工出X型坡口，正面坡口的角度α，反面坡口的角度β，反面坡口厚度d，钝边长度b，根部间隙c，该钢厚板的厚度为t；
焊接步骤：选择正面坡口进行打底焊；在所述打底焊道(101)上对所述正面坡口采用FGB法埋弧焊焊接出填充焊道，并进行盖面焊；对所述反面坡口采用FGB法埋弧焊焊接出填充焊道，并进行盖面焊。
2.根据权利要求1所述的一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，其特征在于，在进行填充焊时，根据焊缝宽度填充对应厚度的铁粉填充物(110)，焊缝宽度为8～31mm，铁粉填充物厚度为15mm～4mm，焊接电流为750A～870A，焊接电压为34V～41V，焊接速度为25～30cm/min。
3.根据权利要求2所述的一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，其特征在于，进行所述填充焊时，焊缝宽度为8～15mm时，铁粉填充物厚度15～12mm，电流750～800A，电压34～37V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度15～21mm，铁粉填充物厚度11～9mm，电流830～850A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度21～26mm，铁粉填充物厚度10～8mm，电流850～870A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min；焊缝宽度26～31mm，铁粉填充物厚度8～4mm，电流860～870A，电压38～41V，焊接速度25～30cm/min。
4.根据权利要求1所述一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，其特征在于，所述正面坡口角度α为50°～60°，反面坡口的角度β为70°～90°，反面坡口厚度d为1/3t～2/5t，钝边长度b＝0～3mm，根部间隙c＝0～2mm。
5.根据权利要求4所述一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，其特征在于，所述钢厚板厚度t为50～100mm。
6.根据权利要求1所述的一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，其特征在于，在进行打底焊接时，采用单丝埋弧焊，焊接电流为550～570A，电压28～31V，焊接速度45～50cm/min。
7.根据权利要求1所述的一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，其特征在于，在进行所述盖面焊接时，用铁粉填充物(110)均匀铺设在填充焊道上，采用单丝埋弧焊，焊接电流为800～820A，电压30～34V，焊接速度38～43cm/min。
8.根据权利要求1所述的一种高强度钢厚板高熔敷率埋弧自动焊焊接方法，其特征在于，焊接过程中，焊接层间温度简T为100℃～200℃。
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