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窄间隙埋弧焊焊接接头工艺参数的优化l童蚕藿蔓星冒;塑塞量座墨.j窄间隙埋弧焊焊接接头工艺参数的优化上海耐莱斯詹姆斯伯雷阀门有限公司201206杨卫东l¨.I摘娄】通过对普通埋弧焊工艺参数的优化组合试验使优化后的焊接工艺能在改进的埋弧焊设备上¨成功地进行厚璧容器窄间隙环缝焊接使厚壁容器环缝焊接的生产效率明显提高焊接材料和能源消耗大大§簪曩誓誉毫一蠢一■誊誊一;j囊一0¨|降{最.ll绿合生产成本显着下降---一--..埋弧焊焊接工艺是一种焊接生产效率较高的焊接方法.经过长期的发展工艺相对比较成熟能适合于各种钢铁材料的焊接.另外其焊接工艺特点决定了焊接电弧稳定焊接区域能够得到良好保护等优势即焊缝金属致密力学性能良好焊缝外观成形平整光滑焊接质量稳定而且焊接过程中无明弧光的刺激劳动条件较好对焊工技能水平的依赖性小焊接过程易实现自动化.现正在造船锅炉压力输送管道以及压力控制装置等装备制造业中广泛应用.近年来随着装备制造业的发展焊接工件的厚度越来越大对焊缝的质量要求越来越高.采用传统的埋弧焊工艺显然不能适合当前形势发展的需要.窄间隙埋弧焊焊接技术的出现解决了大厚度工件焊接的技术问题.但由于窄间隙埋弧焊设备的一次性投资成本较大从而影响到该工艺的推广应用.本文通过对导电杆导电嘴及焊剂料斗的改进以及对工艺参数的优化使厚壁容器环缝焊接在原有的埋弧焊设备上实现窄问隙埋弧焊从而提高焊接的生产效率.
1.窄间隙埋弧焊工艺特点及技术难点1窄问隙埋弧焊工艺特点窄间隙埋弧焊是一种以普通埋弧焊工艺为基础而发展起来的焊接工艺方法.窄间隙埋弧焊的焊接坡口窄焊缝截面积小填充金属量少可节省焊接材料和能源的消耗提高焊接生产率.窄间隙埋弧焊的后层焊道对前层焊道的重复加热_呈曼兰!!塑生堡塑型www./’1”/8ch}t’/lst.cO/T/.ct’/参磊工热加工起到了对前层焊道的回火作用;焊接坡口变窄焊接接头总的焊接热输入量低焊接接头热影响区域减小因此焊接接头的力学性能得到了改善特别是对提高焊接接头的抗裂性能和冲击韧度效果比较显着;由于熔敷金属量减少焊接接头中氢含量有所下降焊接接头的应力水平和变形量也有所降低.2窄间隙埋弧焊技术难点为了使窄问隙埋弧焊技术在原有的埋弧焊设备上进行厚壁容器环缝的焊接除了通过对导电杆导电嘴及焊剂料斗进行改进外尚需解决以下技术难点:首先要选择适合普通焊接设备的焊接坡口形式;其次选择合适的焊道排列形式;再次就是选择优良脱渣性能的焊剂保证环缝焊接过程的连续性和优质焊缝;最后选择合适的焊丝材料和直径及合理的焊接工艺规范参数确保焊缝的焊接质量.
2.窄间隙埋弧焊工艺试验1焊接坡口形式的选择普通埋弧焊焊接坡口一般设计为单面V形如图1所示.该焊接坡口对于厚度在30ram以下的工件是比较合适的但随着工件厚度的增加单面V形坡口的截面积增加的幅度就更大焊接工作量相应增加很大.因此对于大厚度工件的焊接为了减少焊接工作量其焊接坡口也有采用双面V形的如图2所示.虽然以上两种焊接坡口形式能够满足普通埋弧焊设备的焊接要求但大厚度管道环缝采用双面V形焊接坡口时焊接工作需要在管道的内外壁进行双面焊接;小直径管道环缝采用双面焊接时焊接设备及焊工进人简体进行施焊就比较困难.这种工艺不仅增加了焊接的难度还恶化了焊接环境.所以为了改善焊接条件减小焊接工作量需要将V形或双V形焊接坡口形式改进为窄间隙焊接坡El形式.60~图1单面v形坡i5图2双面V形坡i5为了能在现有的设备上进行厚壁容器环缝焊接同时又要有高的生产效率我们改进了焊接坡口以达到窄间隙焊接的目的.改进后的焊接坡口如图3所示.由于焊缝变窄坡El角度变小使填充的熔敷金属量明显减少.经比较计算大约可减少30%~50%的焊接工作量尤其是在厚板焊接时更为明显.因为窄间隙埋弧焊是利用原有埋弧焊设备进行焊接在焊接坡El变窄的情况下需要对焊接设备的导电杆导电嘴及焊剂料斗进行改进使导电杆导电嘴及焊剂料斗能进人焊接坡口满足窄问隙埋弧焊工艺的要求.2焊道排列形式的选择窄间隙埋弧焊焊道排列主要有三种形式即每层单道焊每层双道焊如图4所示及每层三道焊很少采用.窄问隙单道焊窄间隙双道焊图3窄间隙U形坡口图4焊道与焊剂性能试验每层单道焊只能焊接很窄的焊接坡口但对焊接设备的要求高对焊剂的脱渣性能要求更为苛刻.由于其工艺性能差极易引起坡口侧壁的未熔合夹渣和咬边等焊接缺陷.每层双道焊适合中等厚度钢板的焊接坡口对焊接i圜设备的要求有所降低对焊剂的脱渣性能要求也有所降低焊接工艺性能大为改善侧壁未熔合夹渣咬边等焊接缺陷明显下降.因此每层双道焊焊道排列形式被广泛地应用于中等厚度钢板的焊接.每层三道焊适合超厚度板较宽的焊接坡口对焊接设备的要求更低对焊剂的脱渣性能要求也更为降低焊接工艺性能大为改善但填充的熔敷金属量明显增加因此该焊道排列形式在窄间隙埋弧焊中很少采用.在厚壁容器环缝的窄间隙埋弧焊焊接工艺试验中我们对每层单道焊和每层双道焊的焊道排列形式进行了试验见表
1.试验结果表明在窄间隙埋弧焊焊接工艺中宜采用每层双道焊的焊道排列形式.3焊剂的选择焊剂的优良工艺性能尤其是脱渣性能是影响埋弧焊焊接质量的关键因素.这主要是由于埋弧焊焊缝焊后形成的焊渣两侧边缘咬进了焊接坡口的侧壁面致使焊渣难以从焊接坡口中脱落从而影响环缝的连续焊接.一旦焊渣清除不干净极易形成焊缝夹渣等焊接缺陷这是影响窄间隙埋弧焊焊接质量的关键.压力管道的焊缝不仅有强度要求而且还有冲击韧度特别是低温冲击韧度要求.为了确保焊缝金属综合性能指标达到标准要求焊剂一般选择为碱性的烧结型焊剂.而焊剂碱度是影响焊后脱渣性能的主要因素碱度越高其熔敷金属的粘度越高熔敷金属的表面张力越大此时形成的熔敷金属的表面形状为中问凸起两边凹陷.此种表面形状极易使焊渣嵌人两边的凹陷处致使焊渣与两边凹陷处咬合得比较紧造成焊后脱渣困难所以要选择碱度合适的焊剂确保焊渣的脱渣性能良好.我们通过对以下几种碱性烧结型焊剂进口OP121TFCHF101和CHF105进行了焊后脱渣性能及电弧稳定性的工艺试验见表
1.试验结果表明:采用每层单道焊的焊道排列形式其焊后脱渣性能较差很难应用于窄间隙埋弧焊;而采用每层双道焊的焊道排列形式焊后脱渣性能有了明显的改善且国产焊剂基本都能满足每层双道焊的焊道排列形式的焊接.从焊后的脱渣性能和经济性方面考虑决定选用国产CHF101和CHF105焊剂.在焊接接头力学性能方面将对焊丝与焊剂的匹配做进一步的工艺试验.参磊工热加工竖兰璺箜!!塑幽WWW.mathlnist.com.cn圈里丛盟∞amp;…表1焊接工艺性能试验结果焊丝侧壁间距焊剂牌号焊剂碱度焊道排列形式电弧稳定性焊渣渣形脱渣性能结论进口单道焊
2.5较好较厚短段较差尚能用于生产
3.00P12lrr双道焊
2.5好厚长段好能用于生产国产单道焊
2.5较好较厚粉状差不能用于生产
1.8CHFl0l双道焊
2.5好厚长段好能用于生产国产单道焊
2.5差较厚粉状差不能用于生产
2.4~
3.0CHFl05双道焊
2.5好厚长段较好能用于生产4焊丝直径的选择在窄间隙埋弧焊焊接中焊丝一般选用为大直径
64.0mm.采用大直径的焊丝可获得较大的熔敷效率提高焊接生产率.但大直径焊丝刚性大在原有埋弧焊设备上不利于每层双道焊的人工焊道排列.因为每层双道焊接时焊接导电杆的头部导电嘴需要靠人工调节实现每层双道焊的排列形式来保证两侧壁的熔合.而且采用大直径焊丝其刚性较大容易造成导电嘴的过度磨损从而影响焊接时焊丝与侧面距离影响焊接电弧的稳定性和焊后的脱渣性.因而从保证焊接质量的角度考虑对于在原有埋弧焊设备上进行的窄间隙埋弧焊采用每层双道焊的焊道排列形式焊丝直径选用
2.4mm为宜.5焊接参数焊接参数选择的正确与否是影响窄间隙埋弧焊焊接质量的关键.所以合理地选择焊接参数才能确保窄间隙埋弧焊焊接过程的稳定.第一焊接电流.焊接电流主要是根据焊丝直径及焊接坡口的形式选定的.焊接电流过大有利于提高焊接熔敷效率增加焊缝金属的熔深但对焊后脱渣性能有一定的影响特别是对焊缝金属的低温冲击韧度影响较大所以不宜选用过大的焊接电流;焊接电流过小对焊后的脱渣性能也有一定的影响.所以选择合适的焊接电流对窄间隙埋弧焊的焊接至关重要.以
42.4mm焊丝为例其焊接电流一般应控制在400A以下为宜.第二电弧电压.电弧电压是影响焊缝金属的熔深和熔宽的主要参数.对于窄间隙焊接坡口的焊道应采用圜曼笙笙!!塑塑堡型WWW.machlnlst.com.cn参磊工热加工较低的电弧电压.但电弧电压过低时易产生侧壁未熔合的焊接缺陷;电弧电压过高时易产生侧壁咬边的焊接缺陷焊后的脱渣性能变差影响环缝的连续焊接.为了获得良好的焊缝质量对每层双道焊焊接工艺以
42.4mm焊丝为例其电弧电压一般控制在30~36V为宜.第三焊接速度.焊接速度应与焊接电流和电弧电压相匹配.当焊接电流一定时过高的焊接速度会产生焊缝的未焊透及焊缝表面粗糙焊渣不易脱落;过低的焊接速度会造成焊缝的余高和熔宽过大同样会使焊渣不易脱落.焊接电流在400A以下时窄间隙埋弧焊的焊接速度一般控制在25m/h左右.6窄间隙埋弧焊焊接工艺评定试验根据已确定的焊接参数我们对15MnNiDR的材料分别采用国产焊丝H10Mn2和H08MnA焊丝直径为
2.4mm与国产焊剂CHF101和CHF105组合匹配进行焊接工艺性能试验和焊接工艺评定试验.根据焊接工艺性能试验的情况及焊接接头的力学性能试验数据最终确定最佳的焊丝焊剂组合匹配.根据材料标准及设计要求15MnNiDR的抗拉强度~gt;460Mpa;-40~C横向冲击功Agt;~27J.焊接工艺性能试验及焊接工艺评定试验结果见表
2.通过焊接工艺性能试验及焊接接头力学性能试验试验所选用的国产焊剂CHF105与国产焊丝H10Mn2的组合匹配满足了15MnNiDR窄间隙埋弧焊焊接工艺的要求焊接接头的力学性能能够满足标准及设计要求.尺.amp;ApJ.【壅量查旦表2焊接工艺性能试验和焊接工艺评定试验结果焊丝牌号焊剂牌号脱渣性能电弧稳定性抗拉强度低温冲击韧度结论CHFIOl好好满足要求低于标准要求不能用于生产Hl0Mn2CHF105较好好满足要求满足要求能用于生产CHFIOl好好低于要求低于标准要求不能用于生产HD8MnACHF105较好好低于要求满足要求不能用于生产通过焊接工艺性能试验焊接接头的硬度lt;22HRC符合《NACEStandardMR0175—2002itemNo.213042ZGU》标准的
5.
3.
1.2条款规定;采用CTOD试验评定焊接接头的断裂韧性试验证明该焊接接头的焊接应力较小可以在不进行焊后热处理的情况下使用.7窄间隙埋弧焊焊接工艺在厚壁容器焊接时的注意事项通过对窄间隙埋弧焊焊接工艺试验及焊接工艺评定试验所确定的最佳焊丝焊剂匹配组合其焊接接头的力学性能满足了材料标准及设计的要求但这仅是一个开始对于以后的产品环缝焊接应灵活应用并正确地掌握和选择焊接工艺参数以获得优质焊接质上接第70页
4.工艺装置制造工艺装置设计制造时首要保证的是六工位转盘六孑L同轴位置度要求精定位点焊定位中的定位顶紧连接处的平行孑L与板的垂直各尺寸的配合合理.加工六工位转盘时应平磨转盘两端面以保证转盘平行度转盘六孑L应放在CNC机床加工中心进行以保证六孔同轴位置度要求;加T:精定位点焊机构中的顶紧气缸定位气缸的对应机架孔时最好将上述两件支架组合在一起同时加工保证两气缸机架孔的孑L距直线度及与机架底板平面的垂直度要求.
5.实际使用效果使用本文介绍的自动连续焊接工艺与装置在实际生产中降低了劳动强度提高了生产效率保证了焊接质量稳定能够适应大批量规模化链节生产的自动连续焊接工艺降低了生产成本.以我公司目前现以应用的132焊接链节产品为例班产由原来的人工焊接131节提高到现在的1329节实现单班生产效率提高1{倍以上.20080403量.窄间隙埋弧焊焊接时除了必须严格遵守焊接作业指导书规定的操作要求外还应注意以下几点:
①由于高碱度的烧结焊剂容易吸潮因此在焊接前对焊剂应严格按说明书规定的要求进行烘干.
②焊接前应对焊接坡口表面进行严格的清理特别要去除油污锈斑等污物.
③焊接坡口的制备必须严格按照工艺及图样设计的要求进行.
3.结语通过对埋弧焊工艺参数的优化组合试验不仅实现了埋弧焊设备施焊厚壁容器窄间隙环缝而且使厚壁容器环缝焊接的生产效率明显提高焊接材料和能源消耗大大降低综合成本显着下降.20080428《金属加工》冷加工2008年第14期要日数控车削大螺距螺纹大模数内齿圈加工工艺低刚性盘架组合焊接件的精密加工工艺干式冷风切削技术在磨削中的应用机夹”镗铰挤”刀具组加工转子柱塞孔滚柱直线导轨副额定静扭矩的计算线切割加工中的工件装夹方法带状触指级进模设计成形网模具的设计与制造精密量仪在三菱M740CNC系统中的串口通信应用车削螺纹螺距误差的分析与质量控制上下顶尖同轴的调整方法数控机床主轴系统典型故障的诊断切削液集中循环处理系统在柔性自动生产线中的应用数控车加工刀位点坐标之探索数控机床定位误差补偿方法分析龙门绘图机绘图轨迹的后置处理基于CAD技术的产品明细管理系统基于UG的多轴加工技术在叶轮中的应用AutoCAD应用两技巧国有中小型非标机械制造企业的市场策略浅析磊工热加工塑堡呈旦生箜!!塑_.171ac『门ist.c
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