[doc] 窄間隙埋弧焊焊接接頭工藝參數(shù)的優(yōu)化

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。doc 窄間隙埋弧焊焊接接頭工藝參數(shù)的優(yōu)化標簽:標題窄間隙埋弧焊焊接接頭工藝參數(shù)的優(yōu)化l童蠶藿蔓星冒;塑塞量座墨.j窄間隙埋弧焊焊接接頭工藝參數(shù)的優(yōu)化上海耐萊斯?詹姆斯伯雷閥門有限公司(201206)楊衛(wèi)東l.I摘婁】通過對普通埋弧焊工藝參數(shù)的優(yōu)化組合試驗,使優(yōu)化后的焊接工藝能在改進的埋弧焊設備上成功地進行厚璧容器窄間隙環(huán)縫焊接,使厚壁容器環(huán)縫焊接的生產效率明顯提高,焊接材料和能源消耗大大簪曩誓譽毫一蠢一謄謄一;j囊一0|降最.,ll綠合生產成本顯著下降-一-.埋弧焊焊接工藝是一種焊接生產效率較高的焊接

2、方法.經過長期的發(fā)展,工藝相對比較成熟,能適合于各種鋼鐵材料的焊接.另外,其焊接工藝特點決定了焊接電弧穩(wěn)定,焊接區(qū)域能夠得到良好保護等優(yōu)勢,即焊縫金屬致密,力學性能良好,焊縫外觀成形平整光滑,焊接質量穩(wěn)定,而且焊接過程中無明弧光的刺激,勞動條件較好,對焊工技能水平的依賴性小,焊接過程易實現(xiàn)自動化.現(xiàn)正在造船,鍋爐,壓力輸送管道以及壓力控制裝置等裝備制造業(yè)中廣泛應用.近年來,隨著裝備制造業(yè)的發(fā)展,焊接工件的厚度越來越大,對焊縫的質量要求越來越高.采用傳統(tǒng)的埋弧焊工藝,顯然不能適合當前形勢發(fā)展的需要.窄間隙埋弧焊焊接技術的出現(xiàn),解決了大厚度工件焊接的技術問題.但由于窄間隙埋弧焊設備的一次性投資成本

3、較大,從而影響到該工藝的推廣應用.本文通過對導電桿,導電嘴及焊劑料斗的改進,以及對工藝參數(shù)的優(yōu)化,使厚壁容器環(huán)縫焊接在原有的埋弧焊設備上實現(xiàn)窄問隙埋弧焊,從而提高焊接的生產效率.1.窄間隙埋弧焊工藝特點及技術難點(1)窄問隙埋弧焊工藝特點窄間隙埋弧焊是一種以普通埋弧焊工藝為基礎而發(fā)展起來的焊接工藝方法.窄間隙埋弧焊的焊接坡口窄,焊縫截面積小,填充金屬量少,可節(jié)省焊接材料和能源的消耗,提高焊接生產率.窄間隙埋弧焊的后層焊道對前層焊道的重復加熱,_呈曼蘭!塑生堡塑型www./1”/8cht/lst.cO/T/.ct/參磊工熱加工起到了對前層焊道的回火作用;焊接坡口變窄,焊接接頭總的焊接熱輸入量低,

4、焊接接頭熱影響區(qū)域減小,因此焊接接頭的力學性能得到了改善,特別是對提高焊接接頭的抗裂性能和沖擊韌度效果比較顯著;由于熔敷金屬量減少,焊接接頭中氫含量有所下降,焊接接頭的應力水平和變形量也有所降低.(2)窄間隙埋弧焊技術難點為了使窄問隙埋弧焊技術在原有的埋弧焊設備上進行厚壁容器環(huán)縫的焊接,除了通過對導電桿,導電嘴及焊劑料斗進行改進外,尚需解決以下技術難點:首先,要選擇適合普通焊接設備的焊接坡口形式;其次,選擇合適的焊道排列形式;再次,就是選擇優(yōu)良脫渣性能的焊劑,保證環(huán)縫焊接過程的連續(xù)性和優(yōu)質焊縫;最后,選擇合適的焊絲材料和直徑及合理的焊接工藝規(guī)范參數(shù),確保焊縫的焊接質量.2.窄間隙埋弧焊工藝試驗

5、(1)焊接坡口形式的選擇普通埋弧焊焊接坡口一般設計為單面V形,如圖1所示.該焊接坡口對于厚度在30ram以下的工件是比較合適的,但隨著工件厚度的增加,單面V形坡口的截面積增加的幅度就更大,焊接工作量相應增加很大.因此對于大厚度工件的焊接,為了減少焊接工作量,其焊接坡口也有采用雙面V形的,如圖2所示.雖然以上兩種焊接坡口形式能夠滿足普通埋弧焊設備的焊接要求,但大厚度管道環(huán)縫采用雙面V形焊接坡口時,焊接工作需要在管道的內,外壁進行雙面焊接;小直徑管道環(huán)縫采用雙面焊接時,焊接設備及焊工進人簡體進行施焊就比較困難.這種工藝不僅增加了焊接的難度,還惡化了焊接環(huán)境.所以為了改善焊接條件,減小焊接工作量,需

6、要將V形或雙V形焊接坡口形式改進為窄間隙焊接坡El形式.60圖1單面v形坡i5圖2雙面V形坡i5為了能在現(xiàn)有的設備上進行厚壁容器環(huán)縫焊接,同時又要有高的生產效率,我們改進了焊接坡口,以達到窄間隙焊接的目的.改進后的焊接坡口如圖3所示.由于焊縫變窄,坡El角度變小,使填充的熔敷金屬量明顯減少.經比較計算,大約可減少30%50%的焊接工作量,尤其是在厚板焊接時更為明顯.因為窄間隙埋弧焊是利用原有埋弧焊設備進行焊接,在焊接坡El變窄的情況下,需要對焊接設備的導電桿,導電嘴及焊劑料斗進行改進,使導電桿,導電嘴及焊劑料斗能進人焊接坡口,滿足窄問隙埋弧焊工藝的要求.(2)焊道排列形式的選擇窄間隙埋弧焊焊道

7、排列主要有三種形式,即每層單道焊,每層雙道焊(如圖4所示)及每層三道焊(很少采用).窄問隙單道焊窄間隙雙道焊圖3窄間隙U形坡口圖4焊道與焊劑性能試驗每層單道焊只能焊接很窄的焊接坡口,但對焊接設備的要求高,對焊劑的脫渣性能要求更為苛刻.由于其工藝性能差,極易引起坡口側壁的未熔合,夾渣和咬邊等焊接缺陷.每層雙道焊適合中等厚度鋼板的焊接坡口,對焊接i圜設備的要求有所降低,對焊劑的脫渣性能要求也有所降低,焊接工藝性能大為改善,側壁未熔合,夾渣,咬邊等焊接缺陷明顯下降.因此,每層雙道焊焊道排列形式被廣泛地應用于中等厚度鋼板的焊接.每層三道焊適合超厚度板較寬的焊接坡口,對焊接設備的要求更低,對焊劑的脫渣性

8、能要求也更為降低,焊接工藝性能大為改善,但填充的熔敷金屬量明顯增加,因此該焊道排列形式在窄間隙埋弧焊中很少采用.在厚壁容器環(huán)縫的窄間隙埋弧焊焊接工藝試驗中,我們對每層單道焊和每層雙道焊的焊道排列形式進行了試驗(見表1).試驗結果表明,在窄間隙埋弧焊焊接工藝中宜采用每層雙道焊的焊道排列形式.(3)焊劑的選擇焊劑的優(yōu)良工藝性能,尤其是脫渣性能是影響埋弧焊焊接質量的關鍵因素.這主要是由于埋弧焊焊縫焊后形成的焊渣兩側邊緣咬進了焊接坡口的側壁面,致使焊渣難以從焊接坡口中脫落,從而影響環(huán)縫的連續(xù)焊接.一旦焊渣清除不干凈,極易形成焊縫夾渣等焊接缺陷,這是影響窄間隙埋弧焊焊接質量的關鍵.壓力管道的焊縫不僅有強

9、度要求,而且還有沖擊韌度(特別是低溫沖擊韌度)要求.為了確保焊縫金屬綜合性能指標達到標準要求,焊劑一般選擇為堿性的燒結型焊劑.而焊劑堿度是影響焊后脫渣性能的主要因素,堿度越高,其熔敷金屬的粘度越高,熔敷金屬的表面張力越大,此時形成的熔敷金屬的表面形狀為中問凸起,兩邊凹陷.此種表面形狀極易使焊渣嵌人兩邊的凹陷處,致使焊渣與兩邊凹陷處咬合得比較緊,造成焊后脫渣困難,所以要選擇堿度合適的焊劑,確保焊渣的脫渣性能良好.我們通過對以下幾種堿性燒結型焊劑(進口OP121TF,CHF101和CHF105)進行了焊后脫渣性能及電弧穩(wěn)定性的工藝試驗,見表1.試驗結果表明:采用每層單道焊的焊道排列形式,其焊后脫渣

10、性能較差,很難應用于窄間隙埋弧焊;而采用每層雙道焊的焊道排列形式,焊后脫渣性能有了明顯的改善,且國產焊劑基本都能滿足每層雙道焊的焊道排列形式的焊接.從焊后的脫渣性能和經濟性方面考慮,決定選用國產CHF101和CHF105焊劑.在焊接接頭力學性能方面,將對焊絲與焊劑的匹配做進一步的工藝試驗.參磊工熱加工豎蘭璺箜!塑幽WWW圈里叢盟&表1焊接工藝性能試驗結果焊絲側壁間距焊劑牌號焊劑堿度焊道排列形式電弧穩(wěn)定性焊渣渣形脫渣性能結論進口單道焊2.5較好較厚,短段較差尚能用于生產3.00P12lrr雙道焊2.5好厚,長段好能用于生產國產單道焊2.5較好較厚,粉狀差不能用于生產1.8CHFl0l雙道

11、焊2.5好厚,長段好能用于生產國產單道焊2.5差較厚,粉狀差不能用于生產2.43.0CHFl05雙道焊2.5好厚,長段較好能用于生產(4)焊絲直徑的選擇在窄間隙埋弧焊焊接中,焊絲一般選用為大直徑(64.0mm).采用大直徑的焊絲可獲得較大的熔敷效率,提高焊接生產率.但大直徑焊絲剛性大,在原有埋弧焊設備上不利于每層雙道焊的人工焊道排列.因為每層雙道焊接時,焊接導電桿的頭部導電嘴需要靠人工調節(jié),實現(xiàn)每層雙道焊的排列形式,來保證兩側壁的熔合.而且采用大直徑焊絲,其剛性較大,容易造成導電嘴的過度磨損,從而影響焊接時焊絲與側面距離,影響焊接電弧的穩(wěn)定性和焊后的脫渣性.因而,從保證焊接質量的角度考慮,對于

12、在原有埋弧焊設備上進行的窄間隙埋弧焊,采用每層雙道焊的焊道排列形式,焊絲直徑選用2.4mm為宜.(5)焊接參數(shù)焊接參數(shù)選擇的正確與否,是影響窄間隙埋弧焊焊接質量的關鍵.所以合理地選擇焊接參數(shù),才能確保窄間隙埋弧焊焊接過程的穩(wěn)定.第一,焊接電流.焊接電流主要是根據(jù)焊絲直徑及焊接坡口的形式選定的.焊接電流過大,有利于提高焊接熔敷效率,增加焊縫金屬的熔深,但對焊后脫渣性能有一定的影響,特別是對焊縫金屬的低溫沖擊韌度影響較大,所以不宜選用過大的焊接電流;焊接電流過小,對焊后的脫渣性能也有一定的影響.所以選擇合適的焊接電流對窄間隙埋弧焊的焊接至關重要.以4,2.4mm焊絲為例,其焊接電流一般應控制在40

13、0A以下為宜.第二,電弧電壓.電弧電壓是影響焊縫金屬的熔深和熔寬的主要參數(shù).對于窄間隙焊接坡口的焊道應采用圜曼笙笙!塑塑堡型WWW參磊工熱加工較低的電弧電壓.但電弧電壓過低時,易產生側壁未熔合的焊接缺陷;電弧電壓過高時,易產生側壁咬邊的焊接缺陷,焊后的脫渣性能變差,影響環(huán)縫的連續(xù)焊接.為了獲得良好的焊縫質量,對每層雙道焊焊接工藝,以4,2.4mm焊絲為例,其電弧電壓一般控制在3036V為宜.第三,焊接速度.焊接速度應與焊接電流和電弧電壓相匹配.當焊接電流一定時,過高的焊接速度會產生焊縫的未焊透及焊縫表面粗糙,焊渣不易脫落;過低的焊接速度會造成焊縫的余高和熔寬過大,同樣會使焊渣不易脫落.焊接電流

14、在400A以下時,窄間隙埋弧焊的焊接速度一般控制在25m/h左右.(6)窄間隙埋弧焊焊接工藝評定試驗根據(jù)已確定的焊接參數(shù),我們對15MnNiDR的材料,分別采用國產焊絲H10Mn2和H08MnA,焊絲直徑為2.4mm,與國產焊劑CHF101和CHF105組合匹配進行焊接工藝性能試驗和焊接工藝評定試驗.根據(jù)焊接工藝性能試驗的情況及焊接接頭的力學性能試驗數(shù)據(jù),最終確定最佳的焊絲,焊劑組合匹配.根據(jù)材料標準及設計要求,15MnNiDR的抗拉強度>460Mpa;-40C橫向沖擊功A>27J.焊接工藝性能試驗及焊接工藝評定試驗結果見表2.通過焊接工藝性能試驗及焊接接頭力學性能試驗,試驗所選用

15、的國產焊劑CHF105與國產焊絲H10Mn2的組合匹配,滿足了15MnNiDR窄間隙埋弧焊焊接工藝的要求,焊接接頭的力學性能能夠滿足標準及設計要求.尺.&ApJ.【壅量查旦表2焊接工藝性能試驗和焊接工藝評定試驗結果焊絲牌號焊劑牌號脫渣性能電弧穩(wěn)定性抗拉強度低溫沖擊韌度結論CHFIOl好好滿足要求低于標準要求不能用于生產Hl0Mn2CHF105較好好滿足要求滿足要求能用于生產CHFIOl好好低于要求低于標準要求不能用于生產HD8MnACHF105較好好低于要求滿足要求不能用于生產通過焊接工藝性能試驗,焊接接頭的硬度<22HRC,符合NACEStandardMR01752002ite

16、mNo.213042ZGU標準的條款規(guī)定;采用CTOD試驗評定焊接接頭的斷裂韌性,試驗證明該焊接接頭的焊接應力較小,可以在不進行焊后熱處理的情況下使用.(7)窄間隙埋弧焊焊接工藝在厚壁容器焊接時的注意事項通過對窄間隙埋弧焊焊接工藝試驗及焊接工藝評定試驗所確定的最佳焊絲,焊劑匹配組合,其焊接接頭的力學性能滿足了材料標準及設計的要求,但這僅是一個開始,對于以后的產品環(huán)縫焊接,應靈活應用,并正確地掌握和選擇焊接工藝參數(shù),以獲得優(yōu)質焊接質(上接第70頁)4.工藝裝置制造工藝裝置設計制造時,首要保證的是六工位轉盤六孑L同軸位置度要求,精定位點焊定位中的定位,頂緊連接處的平行,孑L與板的垂直

17、,各尺寸的配合合理.加工六工位轉盤時,應平磨轉盤兩端面,以保證轉盤平行度,轉盤六孑L應放在CNC機床(加工中心)進行,以保證六孔同軸位置度要求;加T:精定位點焊機構中的頂緊氣缸,定位氣缸的對應機架孔時,最好將上述兩件支架組合在一起同時加工,保證兩氣缸機架孔的孑L距,直線度及與機架底板平面的垂直度要求.5.實際使用效果使用本文介紹的自動連續(xù)焊接工藝與裝置在實際生產中降低了勞動強度,提高了生產效率,保證了焊接質量穩(wěn)定,能夠適應大批量,規(guī)?；湽?jié)生產的自動連續(xù)焊接工藝,降低了生產成本.以我公司目前現(xiàn)以應用的132焊接鏈節(jié)產品為例,班產由原來的人工焊接131節(jié),提高到現(xiàn)在的1329節(jié),實現(xiàn)單班生產效率

18、提高1)倍以上.(20080403)量.窄間隙埋弧焊焊接時除了必須嚴格遵守焊接作業(yè)指導書規(guī)定的操作要求外,還應注意以下幾點:由于高堿度的燒結焊劑容易吸潮,因此在焊接前對焊劑應嚴格按說明書規(guī)定的要求進行烘干.焊接前應對焊接坡口表面進行嚴格的清理,特別要去除油污,銹斑等污物.焊接坡口的制備必須嚴格按照工藝及圖樣設計的要求進行.3.結語通過對埋弧焊工藝參數(shù)的優(yōu)化組合試驗,不僅實現(xiàn)了埋弧焊設備施焊厚壁容器窄間隙環(huán)縫,而且使厚壁容器環(huán)縫焊接的生產效率明顯提高,焊接材料和能源消耗大大降低,綜合成本顯著下降.(20080428)金屬加工(冷加工)2008年第14期要日數(shù)控車削大螺距螺紋大模數(shù)內齒圈加工工藝低剛性盤架組合焊接件的精密加工工藝干式冷風切削技術在磨削中的應