一種厚板單面焊接方法

圖1為《一種厚板單面焊接方法》實施例的兩塊鋼板對接處的坡口結(jié)構示意圖。

圖2為該發(fā)明實施例的打底焊道成型示意圖。

圖3為該發(fā)明實施例的首道蓋面層成型后的示意圖。

圖4為該發(fā)明實施例的剩余蓋面層成型后的示意圖。

圖1～4中：1、鋼板；2、第一坡口；3、第二坡口；4、打底焊道；5、首道蓋面層；6、剩余蓋面層。

1.《一種厚板單面焊接方法》其特征在于，包括以下步驟：S100、在兩塊鋼板的對接處開設單面“Y”型坡口，所述“Y”型坡口包括依次設置的第一坡口和第二坡口，所述第一坡口靠近所述“Y”型坡口的正面，所述第二坡口靠近所述“Y”型坡口的背面，所述第一坡口的坡口角度大于所述第二坡口的坡口角度；S200、在所述單面“Y”型坡口的背面鋪設焊劑后，采用多絲埋弧焊在所述“Y”型坡口處進行打底焊接；S300、打底焊接成型后，采用埋弧焊進行填充蓋面層。

2.根據(jù)權利要求1所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，所述第一坡口的坡口角度為100～150°，所述第二坡口的坡口角度為42～48°。

3.根據(jù)權利要求1所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，所述第二坡口的深度為25～32毫米；鈍邊高為5～7毫米；所述鈍邊之間的間隙為0～1毫米。

4.根據(jù)權利要求1所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，所述多絲埋弧焊采用的埋弧焊焊絲的直徑為4.8～6.4毫米，焊接電流為1100～1450安，電弧電壓為33～48伏，焊接速率為460～470毫米/分鐘。

5.根據(jù)權利要求4所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，所述多絲埋弧焊采用三根埋弧焊焊絲，分別為直徑4.8～5毫米的第一埋弧焊焊絲、直徑4.8～5毫米的第二埋弧焊焊絲和直徑6.3～6.5毫米的第三埋弧焊焊絲，采用所述第一埋弧焊焊絲焊接時的電流為1300～1450安，電弧電壓為33～36伏；采用所述第二埋弧焊焊絲焊接時的電流為1100～1250安，電弧電壓為41～44伏；采用所述第三埋弧焊焊絲焊接時的電流為1200～1250安，電弧電壓為45～48伏。

6.根據(jù)權利要求1所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，所述步驟S300具體包括以下步驟：S300a、打底焊接成型后，采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊沿打底焊道表面的中心進行首道蓋面層的填充；S300b、所述首道蓋面層填充完成后，采用所述單絲埋弧焊或者所述雙絲埋弧焊在所述首道蓋面層的表面上進行剩余蓋面層的填充。

7.根據(jù)權利要求6所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，所述單絲埋弧焊采用的埋弧焊焊絲為直徑4.9～5.1毫米的第四埋弧焊焊絲，焊接電流為700～800安，電弧電壓為32～36伏，焊接速率為20～26米/小時。

8.根據(jù)權利要求6所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，所述雙絲埋弧焊采用的埋弧焊焊絲為直徑相同的第五埋弧焊焊絲和第六埋弧焊焊絲，焊接速度均為28～30米/小時，所述第五埋弧焊焊絲的焊接電流為800～1000安，電弧電壓為38～43伏；所述第六埋弧焊焊絲的焊接電流為650～780安，電弧電壓為38～45伏。

9.根據(jù)權利要求1至8任一項所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，步驟S200中所述鋪設焊劑的具體步驟為：提供銅襯墊，采用焊劑自動鋪設小車在所述銅襯墊上鋪設焊劑，然后將鋼板移至所述銅襯墊的上方，通過所述銅襯墊上的電磁鐵將所述鋼板與所述銅襯墊吸合。

10.根據(jù)權利要求9所述的厚板單面焊接方法，其特征在于，所述焊劑的厚度為4～6毫米，寬度為100～120毫米。

船舶制造行業(yè)中平直厚板對接焊接時主要采用單面多絲埋弧焊、雙面埋弧焊。其中，單面多絲埋弧焊一般采用單面Y型坡口，并在接頭背面貼襯墊（或者輔助焊劑），正面采用雙絲、三絲埋弧焊，焊接一道即可完成整個坡口的焊接，正反面都能成型。對于厚板焊接，采用單面多絲埋弧焊焊接效率高，一次焊接即可完成整個接頭的焊接，但焊接熱輸入量大，接頭的力學性能較低，同時對鋼板、焊材、設備的要求高，2016年前中國國內(nèi)正是因為鋼板的制造工藝水平有限、焊材性能不高、設備能夠一次焊接的厚度有限，導致較多厚板及性能要求較高的鋼板焊接完成后不能滿足行業(yè)規(guī)范要求。雙面埋弧焊一般采用雙面X型坡口，正面采用單絲多道埋弧焊，然后進行翻身后對另一面根部進行缺陷清理，再進行單絲多道埋弧焊，從而完成接頭根部的完好焊接；雙面埋弧焊可焊接鋼板厚度范圍較廣，但對厚板焊接存在以下不足：（1）雙面埋弧焊接需要對板件時翻身作業(yè)，嚴重依賴翻身起重設備；（2）雙面埋弧焊在厚板焊接時，焊接的層數(shù)較多，不但焊接效率低還容易出現(xiàn)焊接變形、夾渣等質(zhì)量缺陷；（3）背面根部的缺陷必須進行處理，否則容易造成未熔合及夾渣等缺陷，同時增加了工作量。

一種厚板單面焊接方法專利目的

該發(fā)明的目的在于提供一種厚板單面焊接方法，以解決傳統(tǒng)焊接工藝中的焊接效率低、質(zhì)量差的問題。

一種厚板單面焊接方法技術方案

《一種厚板單面焊接方法》包括以下步驟：

S100、在兩塊鋼板的對接處開設單面“Y”型坡口，所述“Y”型坡口包括依次設置的第一坡口和第二坡口，所述第一坡口靠近所述“Y”型坡口的正面，所述第二坡口靠近所述“Y”型坡口的背面，所述第一坡口的坡口角度大于所述第二坡口的坡口角度；

S200、在所述單面“Y”型坡口的背面鋪設焊劑后，采用多絲埋弧焊在所述“Y”型坡口處進行打底焊接；

S300、打底焊接成型后，采用埋弧焊進行填充蓋面層。

一種厚板單面焊接方法有益效果

《一種厚板單面焊接方法》通過在兩塊鋼板的對接處開設特殊結(jié)構的單面“Y”型坡口，該“Y”型坡口包括由坡口正面朝向坡口背面角度依次減小的第一坡口和第二坡口，第一坡口比第二坡口大，可以降低打底焊道的深寬比，減少打底焊接時的裂紋產(chǎn)生，第二坡口的小角度可以減少打底焊的填充量，鋪設焊劑后采用多絲埋弧焊打底焊接，然后采用埋弧焊進行填充蓋面層，整個焊接過程為單面焊接、雙面成型，減少了鋼板在焊接過程中的翻身作業(yè)，不依賴翻身起重設備，減少焊接過程中的配合時間，焊接速度快，焊接質(zhì)量高。

《一種厚板單面焊接方法》的實施例提供的焊接方法包括以下步驟：

S100、在兩塊鋼板1的對接處開設單面“Y”型坡口，所述“Y”型坡口包括依次設置的第一坡口2和第二坡口3，所述第一坡口2靠近所述“Y”型坡口的正面，所述第二坡口3靠近所述“Y”型坡口的背面，所述第一坡口2的坡口角度大于所述第二坡口3的坡口角度；

S200、在所述單面“Y”型坡口的背面鋪設焊劑后，采用多絲埋弧焊在所述單面“Y”型坡口處進行打底焊接；

S300、打底焊接成型后，采用埋弧焊進行填充蓋面層。

于該實施例中，術語“Y”型坡口的正面是指“Y”型坡口背離銅襯墊的一面，術語“Y”型坡口的背面是指“Y”型坡口靠近銅襯墊的一面。

該實施例的焊接方法適用于30～45毫米厚的鋼板，鋼板的材質(zhì)不受限制。

對于30～45毫米厚的鋼板，該實施例通過在兩塊鋼板1的對接處開設單面“Y”型坡口，該“Y”型坡口包括依次設置的第一坡口2和第二坡口3，第一坡口2靠近“Y”型坡口的正面，第二坡口3靠近“Y”型坡口的背面，第一坡口2的坡口角度大于第二坡口3的坡口角度，可以降低打底焊道的深寬比，減少打底焊接時的裂紋產(chǎn)生，坡口角度相對較小的第二坡口3設置在靠近“Y”型坡口的背面，可以減少打底焊的填充量；鋪設焊劑后采用多絲埋弧焊打底焊接，然后采用埋弧焊進行填充蓋面層，整個焊接過程為單面焊接、雙面成型，減少了鋼板1在焊接過程中的翻身作業(yè)，不依賴翻身起重設備，減少焊接過程中的配合時間，焊接速度快，焊接質(zhì)量高。

如圖1所示，所述第一坡口2的坡口角度a為100～150°，所述第二坡口3的坡口角度b為42～48°，可以減少焊接的層數(shù)，同時保證兩個鋼板1的對接穩(wěn)定性。

該實施例中，所述第二坡口3的深度h為25～32毫米；鈍邊高g為5～7毫米；所述鈍邊之間的間隙n為0～1毫米。通過對第二坡口3的深度h、鈍邊高g以及鈍邊之間的間隙n三個參數(shù)進行優(yōu)化，可以保證靠近打底焊接時能夠焊透，同時防止根部燒穿。

該實施例中，所述多絲埋弧焊采用的埋弧焊焊絲的直徑為4.8～6.4毫米，焊接電流為1100～1450安，電弧電壓為33～48伏，焊接速率為460～470毫米/分鐘。按照該參數(shù)進行打底焊道4的焊接，可以將多絲埋弧焊的熱輸入量控制在一定范圍內(nèi)，從而降低了對于設備、材料的選擇要求，鋼板接頭力學性能也能達到要求。

對于不同設置位置的埋弧焊焊絲，其焊接時所需要的焊接電流、電弧電壓均不一樣。優(yōu)選地，所述多絲埋弧焊采用三根埋弧焊焊絲，分別為直徑4.8～5毫米的第一埋弧焊焊絲、直徑4.8～5毫米的第二埋弧焊焊絲和直徑6.3～6.5毫米的第三埋弧焊焊絲，采用所述第一埋弧焊焊絲焊接時的電流為1300～1450安，電弧電壓為33～36伏；采用所述第二埋弧焊焊絲焊接時的電流為1100～1250安，電弧電壓為41～44伏；采用所述第三埋弧焊焊絲焊接時的電流為1200～1250安，電弧電壓為45～48伏。上述打底焊的焊接參數(shù)是針對厚30～45毫米的鋼板而設定的特定的參數(shù)，根據(jù)該焊接參數(shù)可以使打底焊道4一次完成，不會留下焊疤、焊瘤等，節(jié)省了打磨處理時間，提高了焊接效率。

作為該發(fā)明優(yōu)選的實施方式，所述步驟S300具體包括以下步驟：

S300a、打底焊接成型后，采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊沿打底焊道表面的中心進行首道蓋面層5的填充；

S300b、所述首道蓋面層5填充完成后，采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊在所述首道蓋面層5的表面上進行剩余蓋面層6的填充。

該實施例的蓋面層的填充焊接按上述步驟分兩次進行，首道蓋面層5采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊進行填充，剩余蓋面層6采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊進行填充，可以提高焊接質(zhì)量和焊接效率。

其中，所述單絲埋弧焊采用的埋弧焊焊絲為直徑4.9～5.1毫米的第四埋弧焊焊絲，焊接電流為700～800安，電弧電壓為32～36伏，焊接速率為20～26米/小時。該實施例中的單絲埋弧焊焊接參數(shù)依據(jù)鋼板1的厚度和第二坡口3開設的角度而設定，按照該焊接參數(shù)可有效填充第一蓋面層5和/或剩余蓋面層6。

其中，所述雙絲埋弧焊采用的埋弧焊焊絲為直徑相同的第五埋弧焊焊絲和第六埋弧焊焊絲，焊接速度均為28～30米/小時，所述第五埋弧焊焊絲的焊接電流為800～1000安，電弧電壓為38～43伏；所述第六埋弧焊焊絲的焊接電流為650～780安，電弧電壓為38～45伏。該雙絲埋弧焊焊接參數(shù)依據(jù)鋼板1的厚度和第一坡口2開設的角度而設定，按照該焊接參數(shù)可有效填充第一蓋面層5和/或剩余蓋面層6。

步驟S200中所述鋪設焊劑的具體步驟為：提供銅襯墊，采用焊劑自動鋪設小車在所述銅襯墊上鋪設焊劑，然后將鋼板移至所述銅襯墊的上方，通過所述銅襯墊上的電磁鐵將所述鋼板與所述銅襯墊吸合，焊劑位于銅襯墊與鋼板1之間。于該實施例中，焊劑的寬度中心正對“Y”型坡口11的間隙中心。

優(yōu)選地，所述焊劑的厚度為4～6毫米，寬度為100～120毫米。通過設置合適的寬度、厚度的焊劑于銅襯墊與鋼板1之間，可以保證焊接后的焊道的美觀。

下面以厚40毫米的兩塊鋼板的對接焊為例，來進一步說明該發(fā)明的技術方案。

1、開設坡口

兩塊鋼板1的對接處的坡口如圖1所示，坡口的具體尺寸參見表1。

2、鋪設焊劑

將銅襯墊清理干凈后，利用焊劑自動鋪設小車鋪設底面焊劑（NSH-1RM），底面劑鋪設厚度約為5毫米，寬度約為100～120毫米。將焊接板材移到FCB工位，上升銅襯墊，將焊縫與鋪設襯墊方向?qū)R到平行位置。

將電磁鐵通電，使電磁鐵與板材反面吸合，并開啟壓縮空氣將空氣軟管通氣，壓力為0.1～0.12兆帕（相當于1～1.2千克/平方厘米）。在空氣軟管沖氣完畢后，用鋼管從鋼板表面沿焊接線進行錘擊，使底層焊劑與板材底面均勻地接觸。

3、多絲埋弧焊打底焊接

采用多絲埋弧焊進行打底焊接，焊接參數(shù)按照表2所示進行。

按照以上焊接參數(shù)焊接完成后，打底焊道成型見圖2所示。

4、埋弧焊填充蓋面焊接

完成打底焊接后，采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊進行填充蓋面層。填充蓋面焊時，首道蓋面層5沿著打底焊道4表面的中心進行焊接，成型后的首道蓋面層5見圖3所示，完成后再進行剩余蓋面層6的填充。焊接參數(shù)按照表3或表4所示選用單絲埋弧焊焊接參數(shù)或雙絲埋弧焊焊接參數(shù)進行焊接。剩余蓋面層6填充完成后，參見圖4所示。

該發(fā)明提高了單面多絲埋弧焊法焊接在厚板拼接時的應用范圍及利用率，并將多絲埋弧焊的熱輸入量限制在一定范圍以內(nèi)，從而降低了對于設備、材料的選擇要求，接頭力學性能也能達到要求。

該發(fā)明對比雙面埋弧焊有以下優(yōu)點：（1）該發(fā)明焊接方法全過程為單面焊接雙面成型，對比雙面埋弧焊減少了焊接過程中的板件翻身作業(yè)，不依賴翻身起重設備，減少焊接過程中的配合時間；（2）雙面埋弧焊需將拼板件進行翻身后對另一面根部進行氣刨和打磨缺陷清理后才能進行后續(xù)焊接，該發(fā)明減少了焊接過程中的氣刨和打磨作業(yè)；（3）該發(fā)明基于單面多絲埋弧焊的高效，對比雙面埋弧焊，焊接的層數(shù)較大幅減少，焊接速度快。

采用該發(fā)明的方法應用于焊接，對于長72米的同一個分段拼板焊接（4條焊縫），焊接時間由原有的8天縮短為現(xiàn)在的4天，整體效率可以提高50％。

2020年11月，《一種厚板單面焊接方法》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。

一種細薄壁管平衡焊接裝置及焊接方法專利目的

《一種細薄壁管平衡焊接裝置及焊接方法》的目的是提供一種管內(nèi)外壓力平衡、密封性能好、焊弧表面光滑平整、焊弧穩(wěn)定和焊弧紋路均勻美觀的細薄壁管平衡焊接裝置及焊接方法。

一種細薄壁管平衡焊接裝置及焊接方法技術方案

《一種細薄壁管平衡焊接裝置及焊接方法》可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種細薄壁管平衡焊接裝置，包括脈沖信號發(fā)生器和真空箱，所述的真空箱內(nèi)設有主軸箱、固定機構、第一細薄壁管、第二細薄壁管、尾座壓緊機構和保護氣管，所述的主軸箱輸出軸與固定機構連接，固定機構用于固定保護套管，保護套管與第一細薄壁管連接，所述的尾座壓緊機構的一端與第二細薄壁管滑動連接，第二細薄壁管可在尾座壓緊機構上左右滑動，尾座壓緊機構的另一端與保護氣管連接，保護氣管內(nèi)充有保護氣體，保護氣管上設有控制氣速和/或氣量的電磁閥，所述的主軸箱和焊槍分別與脈沖信號發(fā)生器電連接。

該發(fā)明細壁管平衡焊接裝置中保護氣管以及保護氣管內(nèi)充有保護氣體的方案設計，在保護氣管內(nèi)充設保護氣體，使其與保護氣管外真空箱的氣壓保持平衡，從而達到要焊接的細薄壁管管內(nèi)外壓力的平衡，有效確保焊接質(zhì)量，使焊接焊弧穩(wěn)定，焊弧外表面平整光滑，焊接質(zhì)量高；脈沖信號發(fā)生器的設置，主軸箱和焊槍分別與脈沖信號發(fā)生器連接，并由脈沖信號發(fā)生器控制焊槍的焊接脈沖頻率與主軸箱內(nèi)的伺服電機旋轉(zhuǎn)脈沖頻率達到同步，使焊弧表面紋路均勻美觀；尾座壓緊機構的設置，使第二細薄壁管可在其上進行左右移動，安裝第二細薄壁管時，首先通過外力將第二細薄壁管按入尾座壓緊機構，并調(diào)整尾座壓緊機構的高度使第二細薄壁管的高度與第一細薄壁管的高度一致，然后釋放外力，尾座壓緊機構即會在自身的作用力下將第二細薄壁管向外推移，直至壓緊第一細薄壁管，使第二細薄壁管可由第一細薄壁管帶動實現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)，提升焊接的均勻度和焊接質(zhì)量。

進一步地，所述的尾座壓緊機構包括尾座和氣缸，所述的尾座底部與氣缸連接，氣缸設于氣缸固定座上，所述的尾座內(nèi)部中空，尾座內(nèi)設有臺階圓筒，臺階圓筒與尾座滑動連接，臺階圓筒的外圓周臺階與尾座之間設有彈簧，臺階圓筒的內(nèi)圓周臺階處設有旋轉(zhuǎn)固定頭，旋轉(zhuǎn)固定頭與臺階圓筒的內(nèi)圓周臺階之間的兩端部均設有軸承，兩軸承之間設有襯套，旋轉(zhuǎn)固定頭的里端伸出內(nèi)圓周臺階一定距離，旋轉(zhuǎn)固定頭的外端部與第二細薄壁管按壓式連接。臺階圓筒的外圓周臺階與尾座之間彈簧的設置，使第二細薄壁管在彈簧的作用下向外移動直至壓緊第一細薄壁管，進而實現(xiàn)第二細薄壁管由第一細薄壁管帶動進行同步旋轉(zhuǎn)，有效提升焊接的均勻度和焊接質(zhì)量。

進一步地，所述的尾座內(nèi)設有彈簧的一端部設有尾座墊和密封套，所述的密封套與保護氣管密封連接，尾座墊和密封套的設置，有效確保保護氣管與尾座之間的密封，密封性能好。進一步地，所述的旋轉(zhuǎn)固定頭的里端與臺階圓筒內(nèi)壁之間設有密封圈，密封圈的設置，有效確保旋轉(zhuǎn)固定頭與臺階圓筒之間的密封。

進一步地，所述的固定機構為三爪卡盤，也可以為其它具有旋轉(zhuǎn)固定功能的旋轉(zhuǎn)固定臺。進一步地，所述的第一細薄壁管與保護套管連接的一端設有泄壓堵頭，泄壓堵頭的設置，用于在保護氣管內(nèi)壓力超出預定壓力值時，進行泄壓。進一步地，所述的保護氣體為惰性氣體。

一種使用上述細薄壁管平衡焊接裝置進行焊接的焊接方法，包括如下步驟：

第一．對齊第一細薄壁管和第二細薄壁管并壓緊，首先將第一細薄壁管和第二細薄壁管分別固定在三爪卡盤和旋轉(zhuǎn)固定頭上，通過氣缸調(diào)整第二細薄壁管的高度與第一細薄壁管的高度一致，然后通過移動旋轉(zhuǎn)固定頭使第二細薄壁管與第一細薄壁管壓緊；

第二．向管內(nèi)充保護氣體，通過保護氣管向第一細薄壁管和第二細薄壁管內(nèi)進行充保護氣體，由電磁閥控制保護氣體的速度和氣量，當管內(nèi)管外壓力保持平衡后，停止充氣；

第三．調(diào)整焊槍的位置，使其焊槍頭位于第一細薄壁管和第二細薄壁管連接處；

第四．啟動主軸箱，由主軸箱驅(qū)動第一細薄壁管進行旋轉(zhuǎn)，由第一細薄壁管帶動第二細薄壁管進行同步旋轉(zhuǎn)；

第五．調(diào)整脈沖進行焊接，調(diào)整焊槍的焊接脈沖使其與主軸的旋轉(zhuǎn)脈沖達到同步，開始焊接，焊接1.25圈后進行收弧，收弧尾部為尖的，完成焊接，關閉電源。

一種細薄壁管平衡焊接裝置及焊接方法有益效果

《一種細薄壁管平衡焊接裝置及焊接方法》的有益效果：

第一、保護氣管以及保護氣管內(nèi)充有保護氣體的方案設計，在保護氣管內(nèi)充設保護氣體，通過電磁閥控制并調(diào)整管內(nèi)保護氣體使其與保護氣管外真空箱的氣壓保持平衡，從而達到要焊接的細薄壁管管內(nèi)外壓力的平衡，有效確保焊接質(zhì)量，使焊接焊弧穩(wěn)定，焊弧外表面平整光滑，在充足的惰性氣體的保護下不會產(chǎn)生氣孔、凹陷等缺陷，焊接質(zhì)量高；

第二、脈沖信號發(fā)生器的設置，主軸箱和焊槍分別與脈沖信號發(fā)生器連接，并由脈沖信號發(fā)生器控制焊槍的焊接脈沖頻率與主軸箱內(nèi)的伺服電機旋轉(zhuǎn)脈沖頻率達到同步，使焊弧表面紋路均勻美觀，有效保證焊縫覆蓋完全；

第三、尾座壓緊機構的設置，使第二細薄壁管可在其上進行左右移動，安裝第二細薄壁管時，首先通過外力將第二細薄壁管按入尾座壓緊機構，并調(diào)整尾座壓緊機構的高度使第二細薄壁管的高度與第一細薄壁管的高度一致，然后釋放外力，尾座壓緊機構即會在自身的作用力下將第二細薄壁管向外推移，直至壓緊第一細薄壁管，使第二細薄壁管可由第一細薄壁管帶動實現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)，提升焊接的均勻度和焊接質(zhì)量。

2021年11月，《一種細薄壁管平衡焊接裝置及焊接方法》獲得第八屆廣東專利獎優(yōu)秀獎。