專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)中厚板打底焊不清根的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種適用于實(shí)現(xiàn)中厚板打底焊不清根的焊接方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中厚板焊接在船舶、礦山機(jī)械、高壓力容器、海洋工程和重型機(jī)械等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，尤其在船舶行業(yè)，中厚板焊縫就占70%以上。目前中厚板焊接采用的焊接方法主要是人工焊和半自動(dòng)焊。傳統(tǒng)單弧焊接工藝為:正面預(yù)熱一正面焊接一反面氣刨清根一打磨坡口一磁粉探傷一反面預(yù)熱一反面焊接一后熱。采用單電弧對(duì)中厚板進(jìn)行焊接產(chǎn)生的焊接應(yīng)力大，使焊接工件容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力變形，且變形后的校正非常困難。在實(shí)際焊接過(guò)程中，為了減少焊接變形，一般需要調(diào)整焊接順序:當(dāng)正面坡口填充完成三分之一后，背面進(jìn)行碳弧氣刨清根，然后進(jìn)行背面坡口的填充焊接，當(dāng)背面坡口填充完三分之二后，轉(zhuǎn)到正面坡口施焊直至焊滿，最后再完成背面坡口剩余部分的填充焊接?？梢钥闯鰝鹘y(tǒng)中厚板焊接工藝非常復(fù)雜，由于焊接過(guò)程中需要碳弧氣刨清根以及為了減小焊接變形需要來(lái)回翻轉(zhuǎn)工件或者移動(dòng)焊槍以實(shí)現(xiàn)焊接順序的調(diào)整，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。眾所周知，智能化和自動(dòng)化是焊接發(fā)展的必然趨勢(shì)。針對(duì)目前中厚板焊接工藝復(fù)雜，焊接效率低下的生產(chǎn)現(xiàn)狀，探索一種新的焊接方法，從而簡(jiǎn)化中厚板焊接工藝、提高其焊接生產(chǎn)率及有利于實(shí)現(xiàn)中厚板的自動(dòng)化、智能化焊接是非常必要的。經(jīng)過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?201110136841.1名為“一種適用于厚板焊接的設(shè)備及方法”的專利提供了一種減少厚板焊接變形的方法，該專利采用自動(dòng)焊或CO2氣體保護(hù)焊，焊接時(shí)將鋼板立起，兩邊交替焊或同時(shí)焊，先在一面焊滿坡口的2/3，翻身清根后再焊另一面坡口，邊焊邊觀察變形情況，出現(xiàn)微量變形時(shí)翻身焊另一面余下的1/3，焊滿后再翻身焊另一面，觀察變形情況。采用以上方法鋼板拼接焊后平面度在±4毫米左右。焊后整體變形量小且焊接質(zhì)量可控。可以看出該方法對(duì)于中厚板焊接依然不能消除最復(fù)雜的清根工藝，此外，其對(duì)于焊接變形量的控制需要人工觀察工件的變形情況來(lái)確定翻身的時(shí)機(jī)，人為影響的因素比較大，不利于自動(dòng)化焊接的實(shí)現(xiàn)。另外，還有其它一些文獻(xiàn)也公開(kāi)了中厚板(半)自動(dòng)化焊接的方法，分為打底焊與填充焊兩個(gè)步驟，其中打底焊較為核心與關(guān)鍵。然而，現(xiàn)有的這些工藝均不是非常理想，打底焊焊縫根部未熔合，從而會(huì)影響到抗拉性能以及焊縫根部的沖擊韌性。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有中厚板的焊接方法進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有中厚板焊接方法工藝復(fù)雜、效率低下且不適于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化焊接的缺點(diǎn)，提供一種實(shí)現(xiàn)中厚板打底焊不清根的焊接方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)手段是:一種 實(shí)現(xiàn)中厚板打底焊不清根的焊接方法，包括打底焊接與填充焊接，所述打底焊接采用雙面雙弧不對(duì)稱焊，所述填充焊接采用雙面雙弧對(duì)稱焊接，其中，兩焊板根部之間的裝配間隙為4至6毫米，焊槍角度70至85°，焊槍擺動(dòng)時(shí)側(cè)壁停留時(shí)間為0.3至0.6秒，打底焊接的焊槍擺幅在5毫米以上。優(yōu)選的，所述打底焊接時(shí)，正面電弧和背面電弧之間的弧間距為20至40毫米。優(yōu)選的，焊槍焊接速度為4至6毫米/秒。優(yōu)選的，焊槍采用三角形擺動(dòng)方式。優(yōu)選的，焊槍擺動(dòng)頻率I至1.5赫茲。優(yōu)選的，焊槍擺長(zhǎng)4至6毫米。優(yōu)選的，所述打底焊接與填充焊接均采用熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊。本發(fā)明克服了現(xiàn)有中厚板焊接方法工藝復(fù)雜、效率低下且不適合于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)化焊接的缺點(diǎn)。打底焊采用雙面雙MAG不對(duì)稱焊接免除了打底焊需要清根的焊接工序。填充焊采用雙面雙MAG對(duì)稱焊接，極大地減小了中厚板焊接變形嚴(yán)重、變形后校正困難的問(wèn)題。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了中厚板的打底焊不清根焊接、簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)中厚板焊接工藝、提高了焊接生產(chǎn)效率、焊后工件基本沒(méi)有變形。此外，該方法還易于實(shí)現(xiàn)中厚板的機(jī)器人自動(dòng)化焊接。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1a:本發(fā)明實(shí)施例中一種工裝夾具結(jié)構(gòu)主視圖；圖1b:圖1a的俯視圖；`圖2a、2b:30毫米工件正面、背面打底焊焊道形貌；圖3a、3b:50毫米工件正面、背面打底焊焊道形貌；圖4:打底焊顯微組織；圖5a、5b:30毫米工件正面、背面焊縫整體形貌；圖6a、6b:50毫米工件正面、背面焊縫整體形貌。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)中厚板打底焊不清根的焊接方法，從整體上而言，包括打底焊接與填充焊接兩個(gè)步驟。其中，打底焊接采用雙面雙弧不對(duì)稱焊，填充焊接采用雙面雙弧對(duì)稱焊接，優(yōu)選打底焊接與填充焊接均采用MAG焊(Metal Active Gas Welding,熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊)。打底焊接時(shí)，正面電弧和背面電弧之間的弧間距為20至40毫米，兩焊槍分別從坡口正面和背面以相同速度施焊；填充焊接時(shí)，兩焊槍同時(shí)起弧，在焊接工件的對(duì)稱位置以相同的速度進(jìn)行焊接。兩焊板根部之間的裝配間隙為4至6毫米，焊槍角度為70至85°、焊接速度4至6毫米/秒、采用三角形擺動(dòng)方式、側(cè)壁停留時(shí)間0.3至0.6秒，擺動(dòng)頻率I至1.5赫茲，擺長(zhǎng)4至6毫米，打底焊擺幅5毫米以上。該發(fā)明特別適合于厚度大于20毫米的中厚板立焊，可以實(shí)現(xiàn)中厚板的不清根焊接、簡(jiǎn)化傳統(tǒng)中厚板焊接工藝、提高生產(chǎn)效率、焊后工件基本沒(méi)有焊接變形。此外，以現(xiàn)有方法對(duì)比，由于打底焊和填充焊均采用MAG焊，該方法更易于實(shí)現(xiàn)中厚板的機(jī)器人自動(dòng)化焊接。本發(fā)明依靠工裝夾具的輔助作用實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程。所述的工裝夾具的設(shè)計(jì)如附圖1所示。立焊對(duì)工裝夾具水平度要求比較高，該夾具可以通過(guò)與地面接觸的墊塊I上面的螺桿2調(diào)整工作臺(tái)面板3的水平位置以保證工作臺(tái)水平度；工作臺(tái)面板3的長(zhǎng)條狀的槽孔30設(shè)計(jì)使得夾具塊4能夠在其上調(diào)整位置，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同板厚(20至180毫米)的焊接工件5進(jìn)行夾持，能夠提供外部約束減小焊接過(guò)程中的應(yīng)力變形；工作臺(tái)面板3上的墊塊6將工件5抬高，可以保證進(jìn)行工件底端坡口焊接時(shí)焊槍的可達(dá)性。對(duì)于本發(fā)明而言，焊接參數(shù)的選擇至關(guān)重要，以下將分別對(duì)各參數(shù)的選擇過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)解釋。所述的裝配間隙的調(diào)整。現(xiàn)有文獻(xiàn)中往往采用2至3毫米的裝配間隙，然而發(fā)明人通過(guò)將裝配間隙提高至4至6毫米，發(fā)現(xiàn)更有利于實(shí)現(xiàn)打底焊接的熔透，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。相反，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明，現(xiàn)有技術(shù) 中的較小的裝配間隙，會(huì)導(dǎo)致打底焊接未熔透。所述的焊槍角度的調(diào)整。中厚板多層多道焊對(duì)每一焊道成形的平整度都有較高的要求。焊槍的角度對(duì)焊道成形有非常大的影響，角度過(guò)大或者過(guò)小都容易形成焊瘤，都得不到平整的焊道成形。本發(fā)明中焊槍角度在70至85°之間，可以得到表面平整、成形良好的焊道。所述的打底焊前后電弧弧間距的確定。弧間距對(duì)打底焊焊縫質(zhì)量有至關(guān)重要的影響，弧間距過(guò)小，則兩電弧之間的電磁場(chǎng)干擾會(huì)很強(qiáng)從而引起斷??；弧間距過(guò)大，則正面焊形成的背面焊道不能在背面焊槍惰性氣體的有效保護(hù)范圍之內(nèi)，背面焊道暴露在空氣中受到氧化產(chǎn)生缺陷。合理的前后弧間距應(yīng)使正面焊在背面形成的焊道完全在背面焊槍的惰性氣體有效保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明中打底焊時(shí)前后電弧之間的弧間距在20至40毫米之間。所述的擺動(dòng)方式的選擇。根部未熔透和側(cè)壁未熔合是中厚板焊接容易出現(xiàn)的兩類主要缺陷。焊槍的擺動(dòng)方式有梯形擺動(dòng)、雙梯形擺動(dòng)、三角形擺動(dòng)等很多擺動(dòng)方式，同一種擺動(dòng)方式還有擺動(dòng)停留和擺動(dòng)未停留的區(qū)別。本發(fā)明中采用可以設(shè)置停留時(shí)間的三角形擺動(dòng)方式。所述的側(cè)壁停留時(shí)間的設(shè)定。為了避免側(cè)壁未熔合缺陷的產(chǎn)生，焊接過(guò)程中需要電弧能量分布在側(cè)壁母材部分多一點(diǎn)，當(dāng)焊槍擺動(dòng)到側(cè)壁位置時(shí)，需要設(shè)置停留時(shí)間。本發(fā)明中側(cè)壁停留時(shí)間為0.3至0.6秒，結(jié)合三角形擺動(dòng)方式可以保證良好的側(cè)壁熔合。所述的其它擺動(dòng)參數(shù)(包括擺動(dòng)頻率、擺長(zhǎng)、擺幅)的設(shè)置。擺動(dòng)參數(shù)會(huì)影響到電弧的能量分布，合理的擺動(dòng)參數(shù)是獲得良好焊縫成形的關(guān)鍵。本發(fā)明中擺動(dòng)頻率為I至
1.5赫茲，焊接速度為4至6毫米/秒，擺長(zhǎng)為4至6毫米。擺幅過(guò)大則單一焊道需要填充的面積增大，在送絲速度不變的情況下會(huì)出現(xiàn)熔融金屬液不能填滿的情況從而引起焊接缺陷，另外擺幅過(guò)大保護(hù)氣體的保護(hù)效果不佳，會(huì)引起氣孔缺陷。擺幅過(guò)小則焊道余高較高，影響多層多道后續(xù)焊道的填充焊接。配合之前的裝配間隙，本發(fā)明的打底焊的擺幅選擇為5毫米以上，而填充焊的擺幅不做過(guò)多限制。本發(fā)明在打底焊接中采用雙面雙MAG不對(duì)稱焊接免除了打底焊需要清根的焊接工序。填充焊采用雙面雙MAG對(duì)稱焊接，極大地減小了中厚板焊接變形嚴(yán)重、變形后校正困難的問(wèn)題。而各焊接參數(shù)的獨(dú)創(chuàng)性的采用，更是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。
實(shí)施例焊接工件分別為厚度為30毫米和50毫米的Q345試板，坡口為45度X型坡口，焊接方向從下向上。30毫米的試板裝配間隙固定在4毫米；50毫米的試板裝配間隙固定在6毫米。裝配過(guò)程中要保證左右坡口的對(duì)中，盡量不要出現(xiàn)錯(cuò)邊、扭曲等裝配誤差，否則會(huì)影響焊接質(zhì)量。焊槍角度為80°，打底焊前后電弧弧間距為30毫米，填充焊時(shí)兩電弧間距為O毫米，擺動(dòng)方式選用三角形擺動(dòng)，當(dāng)焊槍擺動(dòng)到側(cè)壁時(shí)，設(shè)置側(cè)壁停留時(shí)間，停留時(shí)間為0.4秒，擺動(dòng)頻率為1.5Hz，擺長(zhǎng)為6毫米，焊接速度為6毫米/秒，送絲速度為380毫米/分鐘。30毫米的試板的打底焊的擺幅為5毫米，50毫米的試板的打底焊的擺幅為7毫米，30毫米的試板的填充焊道的擺幅為4毫米，50毫米的試板的填充焊道的擺幅為6毫米。兩把MAG焊槍分別安裝在兩FANUC機(jī)器人的第六軸上，焊接工件在工裝夾具上裝配完畢后，主從機(jī)器人分別從工件的正反兩面以相同的焊接速度施焊，焊接電源為林肯電源。從圖2和圖3可以看到，無(wú)論是對(duì)于厚度為30毫米還是50毫米的焊接試板，采用雙面雙MAG不對(duì)稱打底焊接，坡口正面和背面都能夠得到表面平整的焊道，焊道與側(cè)壁的熔合情況良好。對(duì)于中厚板焊接而言，根部未熔透和側(cè)壁未熔合是兩類主要的缺陷，為了檢驗(yàn)本發(fā)明焊接方法的根部熔透情況和側(cè)壁熔合情況，對(duì)焊接工件取樣進(jìn)行了低倍金相組織的分析。圖4的金相組織放大倍數(shù)為10倍，從圖中可以看出采用本發(fā)明的焊接方法及焊接工藝可以實(shí)現(xiàn)良好的打底焊根部熔透和側(cè)壁熔合。因而，本發(fā)明消除了現(xiàn)有技術(shù)中打底焊焊縫根部未熔合的情況，從而能夠改善成品的抗拉性能以及焊縫根部的沖擊韌性等。從圖5和圖6可以看出，板厚分別為30毫米、50毫米的試板，采用該發(fā)明的焊接方法和焊接工藝焊接后焊縫整體成形良好。為了進(jìn)一步檢測(cè)打底焊熔透和側(cè)壁熔合情況，采用超聲探傷和X射線對(duì)焊接工件進(jìn)行檢測(cè)，超聲探傷和X射線檢測(cè)結(jié)果表明焊縫質(zhì)量良好，能夠滿足檢測(cè)要求。對(duì)焊縫、熔合線、熱影響區(qū)分別取樣對(duì)抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、側(cè)彎性能、硬度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明通過(guò)采用獨(dú)創(chuàng)的打底焊接工藝，消除現(xiàn)有技術(shù)中打底焊根部未熔合的缺陷，因而能夠獲得更加優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、側(cè)彎性能、硬度等工藝參數(shù)。本發(fā)明雖然以 較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)中厚板打底焊不清根的焊接方法，包括打底焊接與填充焊接，所述打底焊接采用雙面雙弧不對(duì)稱焊，所述填充焊接采用雙面雙弧對(duì)稱焊接，其中，兩焊板根部之間的裝配間隙為4至6毫米，焊槍角度70至85°，焊槍擺動(dòng)時(shí)側(cè)壁停留時(shí)間為O. 3至O. 6秒，打底焊接的焊槍擺幅5暈米以上。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述打底焊接時(shí)，正面電弧和背面電弧之間的弧間距為20至40毫米。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于焊槍焊接速度為4至6毫米/秒。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于焊槍采用三角形擺動(dòng)方式。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于焊槍擺動(dòng)頻率I至I.5赫茲。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于焊槍擺長(zhǎng)4至6毫米。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述打底焊接與填充焊接均采用熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)中厚板打底焊不清根的焊接方法，包括打底焊接與填充焊接，所述打底焊接采用雙面雙弧不對(duì)稱焊，所述填充焊接采用雙面雙弧對(duì)稱焊接，其中，兩焊板根部之間的裝配間隙為4至6毫米，焊槍角度70至85°，焊槍擺動(dòng)時(shí)側(cè)壁停留時(shí)間為0.3至0.6秒，打底焊接的焊槍擺幅5毫米以上。該方法適合于厚度大于20毫米的中厚板立焊，可以實(shí)現(xiàn)打底焊不清根，從而簡(jiǎn)化傳統(tǒng)中厚板焊接工藝、提高生產(chǎn)效率，而且焊后工件基本沒(méi)有變形。此外，該方法還易于實(shí)現(xiàn)中厚板的機(jī)器人自動(dòng)化焊接。
文檔編號(hào)B23K9/022GK103252557SQ201310211468
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月30日
發(fā)明者楊乘東, 陳玉喜, 張華軍, 鐘健勇, 陳華斌, 黃紅雨, 陳善本 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)