全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，包括焊前準(zhǔn)備步驟、打底焊步驟、熱焊步驟、填充焊步驟和焊后熱處理步驟。打底焊步驟采用一層兩道方式，焊接時(shí)焊絲分別指向坡口的一個(gè)側(cè)壁。熱焊步驟采用一層一道方式，焊接時(shí)焊絲在坡口的間隙中來回?fù)u動(dòng)，焊絲搖動(dòng)至指向坡口的側(cè)壁時(shí)停留一段時(shí)間。填充焊步驟采用一層一道熱絲方式，焊接時(shí)焊絲在坡口的間隙中來回?fù)u動(dòng)，焊絲搖動(dòng)至指向坡口的側(cè)壁時(shí)停留一段時(shí)間。該全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝具有較高的生產(chǎn)效率和較低的焊接填充量。生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)焊接提高2～3倍，焊接填充量減少60%，坡口根部間隙適應(yīng)性可達(dá)2mm，低溫-40℃沖擊韌性達(dá)到69J以上，焊接質(zhì)量得到有效保障。
【專利說明】全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種適用于海洋工程設(shè)備的大厚板高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊(TIG)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]大厚板高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)在海洋工程裝備中廣泛應(yīng)用，如石油鉆井平臺(tái)、風(fēng)電安裝船和拋石整平船樁腿窗戶板，樁腿窗戶板的材料為Q690或A514鋼，最大板厚達(dá)80mm。海工裝備樁腿用大厚板高強(qiáng)鋼焊接制造存在以下問題:
[0003]I)大厚度構(gòu)件全位置焊接主要采用手工電弧焊，多層多道焊，提高焊接質(zhì)量和效率是首先要考慮的問題。
[0004]2)大型厚壁結(jié)構(gòu)通常都采用高強(qiáng)度材料，其焊接性較差，需要焊前預(yù)熱，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)環(huán)境惡劣。
[0005]3)大型厚壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的剛度大，焊后產(chǎn)生很高的殘余應(yīng)力并且去應(yīng)力退火有困難，費(fèi)用昂貴，一旦變形難以校正。
[0006]4)結(jié)構(gòu)尺寸大導(dǎo)致自動(dòng)化焊接應(yīng)用困難，需要專門的裝備。
[0007]為了解決大厚板焊接效率低下、焊接變形、焊接材料消耗量大等缺點(diǎn)，目前大厚板窄間隙焊接已逐步開始應(yīng)用，如窄間隙埋弧焊、窄間隙熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊(MAG)
坐寸ο
[0008]當(dāng)從提高生產(chǎn)效率、節(jié)約焊材、全位置焊接的角度看，最合適的焊接方式是惰性氣體鎢極保護(hù)焊(TIG)。目前在窄間隙惰性氣體鎢極保護(hù)焊(TIG)方面，還沒有很好的突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明旨在提出一種窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊(TIG)工藝。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，包括:
[0011]焊前準(zhǔn)備步驟，包括坡口加工過程、預(yù)處理過程、預(yù)熱過程及坡口裝配過程；
[0012]打底焊步驟，采用一層兩道方式，一層兩道包括左側(cè)焊道和右側(cè)焊道，焊接時(shí)焊絲分別指向坡口的一個(gè)側(cè)壁；
[0013]熱焊步驟，采用一層一道方式，焊接時(shí)焊絲在坡口的間隙中來回?fù)u動(dòng)，焊絲搖動(dòng)至指向坡口的側(cè)壁時(shí)停留一段時(shí)間；
[0014]填充焊步驟，采用一層一道熱絲方式，焊接時(shí)焊絲在坡口的間隙中來回?fù)u動(dòng)，焊絲搖動(dòng)至指向坡口的側(cè)壁時(shí)停留一段時(shí)間；
[0015]焊后熱處理步驟，焊接完成后保溫一段時(shí)間，之后自然冷卻至室溫。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，施加在焊絲上的電弧電流是脈沖電流，具有基值和峰值，峰值大
于基值。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，坡口加工過程獲得的坡口呈梯形，斜邊角度為1°?3°。預(yù)處理過程包括去除坡口及周圍15?25mm范圍內(nèi)的鐵銹和油污。預(yù)熱過程包括預(yù)熱至150°C?180°C。裝配坡口過程中根部預(yù)留9?12mm的間隙。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，打底焊中左側(cè)焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130?150A、峰值電流220?250A、跟蹤電壓9.0?11.0V、焊接速度70?100mm/min、送絲速度80?100cm/mino
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，打底焊中右側(cè)焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130?150A、峰值電流220?250A、跟蹤電壓9.0?11.0V、焊接速度70?100mm/min、送絲速度80?100cm/mino
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，熱焊步驟的熱焊焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130?150A、峰值電流220?250A、跟蹤電壓9.0?11.0V、焊接速度90?110mm/min、送絲速度40?60cm/mino
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，填充焊的焊接工藝參數(shù)為:基值電流120?160A、峰值電流210?280A、跟蹤電壓8.0?11.0V、焊接速度70?110mm/min、送絲速度80?150cm/min、熱絲電流10?30A。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，焊后熱處理步驟中，在焊接完成后維持在270?300°C并保持
2.0?4.0小時(shí)，之后自然冷卻至室溫。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝適用于Q690E鋼制板材，板厚40?150mm。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，使用直徑1.2mm的實(shí)心焊絲，保護(hù)氣體為高純度Ar，一次保護(hù)氣體流量12?18L/min, 二次保護(hù)氣體流量25?30L/min。
[0025]本發(fā)明的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝具有較高的生產(chǎn)效率和較低的焊接填充量。生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)焊接提高2?3倍，焊接填充量減少60%，坡口根部間隙適應(yīng)性可達(dá)2mm，低溫_40°C沖擊韌性達(dá)到69J以上，焊接質(zhì)量得到有效保障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發(fā)明上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中:
[0027]圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝的流程圖。
[0028]圖2a和圖2b揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝中的坡口結(jié)構(gòu)。
[0029]圖3a和圖3b揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝中焊絲搖動(dòng)過程和電弧電流變化的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]參考圖1所示，圖1揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊(TIG)工藝的流程圖。該全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝包括如下的步驟:
[0031]102.焊前準(zhǔn)備步驟。包括坡口加工過程、預(yù)處理過程、預(yù)熱過程及坡口裝配過程。圖2a和圖2b揭示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝中的坡口結(jié)構(gòu)。圖2a揭示了窗戶板和其它部件的配合示意圖。其中202表示窗戶板、204表示半圓板、206表示齒條。圖2b揭示了經(jīng)過坡口加工后獲得坡口結(jié)構(gòu)。如圖2a所示，坡口呈梯形，斜邊角度為1°?3°，較佳的，如圖2b所示，斜邊角度在1.5°?2°。預(yù)處理過程包括去除坡口及周圍15?25mm范圍內(nèi)的鐵銹和油污。預(yù)熱過程包括預(yù)熱至150°C?180°C。裝配坡口過程中根部預(yù)留9?12mm的間隙，在圖2a中，該間隙處標(biāo)記9?12mm。參考圖2a，在裝配坡口的過程中根部預(yù)留了 9?12mm的間隙。
[0032]104.打底焊步驟。采用一層兩道方式。一層兩道包括左側(cè)焊道和右側(cè)焊道，焊接時(shí)焊絲分別指向坡口的一個(gè)側(cè)壁。比如在左側(cè)焊道是指向左側(cè)側(cè)壁，右側(cè)焊道是指向右側(cè)側(cè)壁。打底焊步驟中焊絲不搖動(dòng)，而是固定指向坡口的其中一個(gè)側(cè)壁。施加在焊絲上的電弧電流是脈沖電流，具有基值和峰值，峰值大于基值。在一個(gè)實(shí)施例中，打底焊中左側(cè)焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130?150A、峰值電流220?250A、跟蹤電壓9.0?11.0V、焊接速度70?100mm/min、送絲速度80?100cm/min。打底焊中右側(cè)焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130?150A、峰值電流220?250A、跟蹤電壓9.0?11.0V、焊接速度70?100mm/min、送絲速度80?100cm/min。左側(cè)焊道和右側(cè)焊道在跟蹤電壓上略有不同，其它焊接工藝參數(shù)基本相同。
[0033]106.熱焊步驟。熱焊接時(shí)焊絲在坡口的間隙中來回?fù)u動(dòng)，焊絲搖動(dòng)至指向坡口的側(cè)壁時(shí)停留一段時(shí)間，以加大對(duì)于側(cè)壁焊接的熱輸入。圖3a揭示了焊絲搖動(dòng)過程的示意圖。熱焊步驟中焊絲的搖動(dòng)過程可按照?qǐng)D3a所示的方式。如圖3a所示，焊絲在左、中央、右三個(gè)位置之間來回?fù)u動(dòng)。在左、右兩個(gè)位置分別停留一段時(shí)間，在圖中分別標(biāo)示為Tl(左停留時(shí)間)和T2 (右停留時(shí)間)。焊絲在左、右兩個(gè)位置時(shí)分別指向坡口的一側(cè)側(cè)壁，此時(shí)焊絲停留一段時(shí)間以使得側(cè)壁獲得更大的熱輸入。在焊絲的搖動(dòng)過程中基本以勻速進(jìn)行搖動(dòng)。熱焊過程中施加在焊絲上的電弧電流也是脈沖電流，具有基值和峰值，峰值大于基值。熱焊步驟的熱焊焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130?150A、峰值電流220?250A、跟蹤電壓9.0?11.0V、焊接速度90?110mm/min、送絲速度40?60cm/min。
[0034]108.填充焊步驟。采用一層一道熱絲方式，焊接時(shí)焊絲在坡口的間隙中來回?fù)u動(dòng)，焊絲搖動(dòng)至指向坡口的側(cè)壁時(shí)停留一段時(shí)間，填充焊步驟中焊絲的搖動(dòng)過程也可按照?qǐng)D3a所示的方式。焊絲在左、中央、右三個(gè)位置之間來回?fù)u動(dòng)。在左、右兩個(gè)位置分別停留一段時(shí)間，在圖中分別標(biāo)示為Tl (左停留時(shí)間)和T2 (右停留時(shí)間)。焊絲在左、右兩個(gè)位置時(shí)分別指向坡口的一側(cè)側(cè)壁，此時(shí)焊絲停留一段時(shí)間以使得側(cè)壁獲得更大的熱輸入。填充焊過程中施加在焊絲上的電弧電流也是脈沖電流，具有基值和峰值，峰值大于基值。此外，在填充焊的過程中為了提高熔敷效率還采取了熱絲工藝，使用熱絲電流對(duì)焊絲進(jìn)行預(yù)熱。填充焊的焊接工藝參數(shù)為:基值電流120?160A、峰值電流210?280A、跟蹤電壓8.0?11.0V、焊接速度70?110mm/min、送絲速度80?150cm/min、熱絲電流10?30A。
[0035]圖3b揭示了電弧電流變化的示意圖。如圖3b所示，電弧電流是脈沖帶電流，具有基值和峰值，峰值大于基值。圖3b所示的電弧電流的示意圖可適用于打底焊、熱焊和填充焊的過程，只需要根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置不同的基值、峰值和時(shí)間間隔即可。
[0036]110.焊后熱處理步驟。焊接完成后保溫一段時(shí)間，之后自然冷卻至室溫。焊后熱處理步驟中，在焊接完成后維持在270?300°C并保持2.0?4.0小時(shí)，之后自然冷卻至室溫。
[0037]本發(fā)明使用直徑1.2mm的實(shí)心焊絲，保護(hù)氣體為高純度Ar，一次保護(hù)氣體流量12~18L/min，二次保護(hù)氣體流量25~30L/min。此處所稱的高純度Ar，是指在一般工藝條件下所能獲得的純Ar保護(hù)氣體。該全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，適用于Q690E鋼制板材，板厚40~150mm。
[0038]下面介紹一個(gè)采用窄間隙熱絲TIG焊工藝的實(shí)例。
[0039]焊接400ft樁腿窗戶板，材質(zhì)為高強(qiáng)鋼Q690E，板厚40mm，坡口角度2°，坡口形式參考圖2a和2b，采用Φ 1.2mm高強(qiáng)鋼實(shí)心焊絲，一次保護(hù)氣體流量15L/min，二次保護(hù)氣體流量30L/min，保護(hù)氣體為高純度Ar (—般工藝條件下的100%Ar)。
[0040]焊前準(zhǔn)備步驟:按照?qǐng)D2a和2b加工坡口，裝配時(shí)根部預(yù)留間隙10mm。焊前去除坡口及周圍20mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污。焊前預(yù)熱到180°C。
[0041]打底焊步驟:采用一層兩道方式進(jìn)行打底焊。打底焊分左側(cè)焊道和右側(cè)焊道進(jìn)行，打底焊過程中焊絲不搖動(dòng)。
[0042]熱焊步驟，在打底焊之后進(jìn)行熱焊步驟，熱焊過程中焊絲搖動(dòng)。
[0043]打底焊和熱焊的工藝參數(shù)如表1所示。
[0044]表1打底焊和熱焊的焊接工藝參數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，包括: 焊前準(zhǔn)備步驟，包括坡口加工過程、預(yù)處理過程、預(yù)熱過程及坡口裝配過程； 打底焊步驟，采用一層兩道方式，所述一層兩道包括左側(cè)焊道和右側(cè)焊道，焊接時(shí)焊絲分別指向坡口的一個(gè)側(cè)壁； 熱焊步驟，采用一層一道方式，焊接時(shí)焊絲在坡口的間隙中來回?fù)u動(dòng)，焊絲搖動(dòng)至指向坡口的側(cè)壁時(shí)停留一段時(shí)間； 填充焊步驟，采用一層一道熱絲方式，焊接時(shí)焊絲在坡口的間隙中來回?fù)u動(dòng)，焊絲搖動(dòng)至指向坡口的側(cè)壁時(shí)停留一段時(shí)間； 焊后熱處理步驟，焊接完成后保溫一段時(shí)間，之后自然冷卻至室溫。
2.如權(quán)利要求1所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，施加在焊絲上的電弧電流是脈沖電流，具有基值和峰值，峰值大于基值。
3.如權(quán)利要求2所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于， 所述坡口加工過程獲得的坡口呈梯形，斜邊角度為1°~3° ； 所述預(yù)處理過程包括去除坡口及周圍15~25mm范圍內(nèi)的鐵銹和油污； 所述預(yù)熱過程包括預(yù)熱至150°C~180°C ； 所述裝配坡口過程中根部預(yù)留9~12mm的間隙。
4.如權(quán)利要求2所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，所述打底焊中左側(cè)焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130~150A、峰值電流220~250A、跟蹤電壓9.0~11.0V、焊接速度70~100mm/min、送絲速度80~100cm/min。
5.如權(quán)利要求2所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，所述打底焊中右側(cè)焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130~150A、峰值電流220~250A、跟蹤電壓9.0~11.0V、焊接速度70~100mm/min、送絲速度80~100cm/min。
6.如權(quán)利要求2所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，所述熱焊步驟的熱焊焊道的焊接工藝參數(shù)為:基值電流130~150A、峰值電流220~250A、跟蹤電壓9.0~11.0V、焊接速度90~110mm/min、送絲速度40~60cm/min。
7.如權(quán)利要求2所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，所述填充焊的焊接工藝參數(shù)為:基值電流120~160A、峰值電流210~280A、跟蹤電壓8.0~.11.0V、焊接速度70~110mm/min、送絲速度80~150cm/min、熱絲電流10~30A。
8.如權(quán)利要求1或2所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，焊后熱處理步驟中，在焊接完成后維持在270~300°C并保持2.0~4.0小時(shí)，之后自然冷卻至室溫。
9.如權(quán)利要求1或2所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，所述全位置窄間隙熱絲惰性氣體鶴極保護(hù)焊工藝適用于Q690E鋼制板材,板厚40~150mm。
10.如權(quán)利要求1或2所述的全位置窄間隙熱絲惰性氣體鎢極保護(hù)焊工藝，其特征在于，使用直徑1.2mm的實(shí)心焊絲,保護(hù)氣體為高純度Ar,一次保護(hù)氣體流量12~18L/min,二次保護(hù)氣體流量25~30L/min。
【文檔編號(hào)】B23K9/235GK103894708SQ201410100813
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】張華軍, 陸漢忠, 杜渝, 包孔, 蘭虎, 杜仕忠, 趙德龍 申請(qǐng)人:上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司