自动焊焊接工艺

自动焊焊接工艺（精选十篇）

自动焊焊接工艺 篇1

1 中部槽的结构

中部槽一般由挡板组件、铲板槽帮、中板及底板组焊而成。槽帮的材质ZG30Si Mn, 中板和底板材质为NM360。

2 主要成分分析及碳当量计算

铸件槽帮材质为ZG30Si Mn, 属于中碳低合金铸钢, 化学成分如下表:

中板、底板材质为NM360, 属于高强耐磨钢, 化学成分如表2.2:

ZG30Si M n铸件S、P杂质元素含量偏高, 焊接过程中容易出现热裂纹, 可焊性较差。NM360钢中的合金元素在焊接热循环的作用下会促使焊缝及热影区出现不利组织, 淬硬倾向、冷裂倾向比较大。

根据碳当量公式:

3 焊前准备

1) 焊材的选择:由于异种合金钢焊接, 采用等强度或低强度匹配原则。NM360的抗拉强度大于1000MPa, 调质ZG30Si Mn抗拉强度630M Pa, 选用强度等级700M Pa的国产气保焊丝BH700-II, 并采用80%Ar+20%CO2做为保护气体。

2) 中板坡口两侧50mm内严禁有水, 油污, 锈等杂质, 中部坡口按ISO9692-1标准加工, 钝边均匀控制在1~2mm内。

4 中部槽组对

将挡、铲板槽帮倒置在组对胎具上, 组对中板并控制与槽帮2~3mm的均匀间隙, 拉方找正对角线, 保证图纸尺寸后, 在槽帮两端头打4个拉筋, 并对定位焊的位置进行预热点固, 预热温度控制在100~150℃, 定位焊的位置要距离端头150mm左右, 定位焊的长度为50~100mm, 焊角高度为4~6mm, 中部槽端头组对引弧块。

5 焊接过程控制

5.1 焊前预热

由于NM360的碳当量较大, 淬硬倾向、冷裂倾向较大, 为了防止裂纹, 减小焊接应力, 降低焊接速度, 故在焊应预热。预热温度根据ISO13916标准及结合实际情况采用预热温度为120℃~150℃。预热要均匀, 单侧焊道预热范围不小于50mm。

5.2 焊接变形的控制

在焊接过程中采用多层多道焊, 中板正反面打底焊采用手工焊, 中板正反面填充采用直缝焊机自动焊。为了有效防止焊接变形, 采用如下顺序焊接:中板正面打底———中板反面打底———中板正面2次填充———中板反面填充盖面———上底板点固———中板正面填充盖面———完成底板焊接。

打底焊接参数:电流160~180A, 电压18~22V, 送丝速度4~6.8, 气流量18~20ml。

填充盖面焊接参数:电流240~280A, 电压26~30V, 送丝速度4~6.8, 气流量18~20ml。

其中待焊的接头需用磨光机打磨成斜面, 引弧在斜面顶部, 引燃后电弧移至斜面底部, 转一圈返回引弧处后再继续向前焊接。引、收弧尽量在引弧块上进行。焊接过程中要控制层间温度, 最高温度不超过250℃, 最低温度不能低于预热温度。

5.3 焊后缓冷

焊接结束后用石棉被保温, 缓冷至室温。

5.4 检验

对中部槽焊缝进行磁粉和超声波探伤, 焊缝外观按ISO5817标准验收。

5.5 焊接缺陷的返修

焊接过程的中缺陷可以通过碳弧气刨或机械加工去除。气刨前同样要预热, 预热温度与焊接温度一致。补焊时的预热、层温可采用焊接时的温度, 同时也要缓冷。

6 结论

铸焊中部槽的焊接应严格按照工艺执行, 手工打底, 自动化填充盖面, 既提高了效率, 又保证了焊接质量。

摘要：根据铸件中部槽的结构特点, 分析NM360与铸造槽帮 (ZG30SiMn) 异种钢的焊接特点, 从焊前准备、焊接工艺、焊接过程控制及焊接变形方面提出了一种确保中部槽焊接质量的工艺要求。

关键词：碳当量,预热,焊接参数,保温

参考文献

[1]宋天虎.焊接手册 (第2版) .机械工业出版社, 2001.

自动焊焊接工艺 篇2

编号：

特殊过程名称 焊接过程 作业方式分类 CO 2 保护焊 验证时间

验证地点 钣金作业区

验证参加人员

合格判定依据：

符合以下要求，判定为合格：

1、无虚焊、脱焊、漏焊，无毛刺；2、无气孔，无夹渣，无裂痕； 3、焊缝平整、对称，曲面过渡光滑；4、牢固。

工 艺 验 证 内 容 实际操作人员能力评价：高级工 3 人，中级工 1 人，内部培养后能独立操作 2人，在师傅带领下的操作学员 3 人。

设备评价：使用燕山 NBC160 型与 5018 型焊机，状况良好，定期保养，标定合格。

材料评价：采用鑫钢牌焊丝，符合标准，供应商有一定资质，有外采验收合格记录。

工艺文件确认：依据《焊接作业指导书》，按操作规程作业。

作业环境评价：有独立的作业区，无易燃易爆物品，作业人员有防护措施。

使用的记录：以焊接作业记录为作业过程的监控记录依据。

工艺验证内容：1）厚度为 0.6-1.5mm 的铁板，采用直径为 0.8mm 的焊条，电压调节为 17.2-20V，电流调节为 45-55A（或电流调节为 4-5 档，进丝速度调节为 2-5 档），CO 2 压力调节为 0.02-0.03MPA，焊接后牢固，无气孔，无夹渣，无裂痕，无虚焊、脱焊、漏焊，无毛刺，焊缝平整、对称，曲面过渡光滑；

2）厚度为 1.2-3.0mm 的铁板，采用直径为 1.0mm 的焊条，电压调节为 19.2-21.2V，电流调节为 75-95A（或电流调节为 4-6 档，进丝速度调节为 4-8 档），CO 2 压力调节为 0.02-0.03MPA，焊接后牢固，无气孔，无夹渣，无裂痕，无虚焊、脱焊、漏焊，无毛刺，焊缝平整、对称，曲面过渡光滑。

验证结论：经过工艺鉴定，按以上要求流程操作，焊后质量能完全满足，符合要求。

验证负责人签字：

****年**月**日 技术经理意见：同意

技术经理签字：

自动焊焊接工艺 篇3

【关键字】中低压管道；焊接；氩电联焊

引言

目前，在城市集中供熱多采用电厂汽轮机抽汽作为热网供热汽源，再通过蒸汽对水加热为采暖热源，一般建设周期较短，基本上是当年建设当年投产，对于安装单位提出了较高的要求，既要保证质量，又要保证工期，蒸汽、疏水、循环水等中低压管道焊接选择合适的焊接工艺，是保证质量和按期完工的重要保证。采用氩电联焊工艺将是最佳的选择，氩电联焊工艺具有焊接质量高、焊接速度快、射线探伤合格率高、焊工易于掌握等特点，而被管道安装单位广泛采用。

1、采用氩电联焊工艺的优点

采用手工氩弧焊打底、手工电弧焊罩面焊接工艺（以下简称氩电联焊）比采用手工电弧焊焊接工艺有以下特点：a.焊接质量好，射线探伤合格率高根据焊接工艺评定选择合适的焊丝、钨极、焊接工艺参数及纯度符合要求的保护气体，能使焊缝根部得到良好的融合，且焊口内表面光滑、整齐，不易出现手工电弧焊打底焊接时可能出现的焊瘤、未焊透和凹陷等缺陷。当进行射线探伤时，氩电联焊工艺的探伤合格率明显高于手工电弧焊工艺，而且Ⅰ级片所占的比例显著增加，所以选用氩电联焊工艺更能满足中低压管道焊接的要求。b.效率高、速度快、易于掌握选用手工氩弧焊打底，由于氩弧焊为连续焊接工艺，而手工电弧焊为断弧焊，通过模拟实验发现，同一焊工采用氩电联焊工艺和手工电弧焊工艺焊接同样的焊口，氩电联焊工艺的焊接效率是手工电弧焊的2～4倍，而且焊口成型好。在同样的障碍下氩电联焊比手工电弧焊更容易克服障碍。c.工艺易于掌握、容易操作熟练的焊工操作氩弧焊明显比手工电弧焊顺手，经过培训可以胜任焊接工艺要求的焊接部位，可以大大降低焊工的劳动强度，而受到焊工们的欢迎。d.综合效益明显经过我单位在科右中热电厂供热首站的管道焊接，我们综合测定发现氩电联焊工艺效益明显，比手工电弧焊可以降低施工综合成本10～20%，而且明显缩短工期。

2、氩电联焊工艺

2.1工艺简介

科右中热电厂供热首站的管道焊接选用氩电联焊工艺，焊接时采用V型坡口、对接，焊层一般为2～3层（可视管壁厚度而定），焊机选用ZX7-400氩弧焊机，焊丝选用上海电力焊丝厂TIG-J50、Ф2.5mm焊丝，焊条选用天津大桥牌E4303、Ф2.5mm或Ф3.2mm焊条。

2.2作业程序

焊接施工过程包括对口装配、施焊和检验等三个重要工序。本道工序符合要求后方准进行下道工序，否则禁止下道工序施工。焊接施工时，相关专业人员应对各工序进行严格把关。

a.焊接作业程序：焊材、管子检查→坡口制备、打磨→对口装配→对口检查→对口点固焊→点焊→氩弧焊打底焊→打底焊检查→手工电弧焊→外观检查自检、复检、抽检→无损检验。

2.3管道及附件的清点和检查

a.管子检查：管子必须具有制造厂的合格证明书，有关指标应符合国家或行业标准。管子表面的划痕、凹坑、腐蚀等局部缺陷应经检查鉴定。检查坡口加工情况，要求坡口处母材无裂纹、重皮、破损、夹层和毛刺等缺陷。管子的材质、规格均应符合设计要求。对接管口端面应与管子中心线垂直其偏斜度不得超过表3规定。

b.管道、管件、管道附件在使用前应进行外观检查，要求为：无裂纹、缩孔、夹渣、粘砂、折迭、漏焊、重皮等缺陷，表面应光滑，不允许有尖锐滑痕，阀门应经检修并水压试验合格，对合金管道管件应进行光谱检验。

2.4坡口制备、打磨

坡口的制备应以机械方法进行。如用热加工法（如气割）下料，切口部分应留有加工余量以除去淬硬层和过热金属。坡口修整时使用磨光机；施焊前将坡口及其内外壁两侧15～20mm范围内将锈、油、垢和氧化皮等清理干净直至露出金属光泽。不同厚度焊件对口时，其厚度差处理方法按规范执行。

2.5对口装配

对口质量对焊接质量有很大的影响，对口质量必须得到保证。

a.焊件对口装配时，应将管子垫置牢固。焊口的局部间隙过大时应设法修整到规定的尺寸严禁在间隙内加填塞物和在管道上焊接临时支撑物。除设计规定的冷拉口外其余焊口应禁止强力对口更不允许利用热膨胀法对口以防引起附加应力。

b.对口时使用的钢丝绳等不应影响到焊工的操作。对口时的支点和吊点与焊缝中心的距离不得小于焊件厚度的5倍。

c.焊件对口时应做到内壁齐平。对接单面焊局部错口不超过壁厚的10%且不大1mm。

2.6点固焊

a.经对口三级检查合格的焊件，对于大径厚壁管点固焊时，采用“定位块”点固在坡口外管壁边上。

b.点固焊用的焊材和焊接工艺与正式焊接时相同。点固焊后应检查各个焊点质量，如有缺陷应立即清除，重新进行点焊。点固焊时和施焊过程中不得在管子表面引燃电弧。

2.7氩弧点焊（打底焊）

氩弧点焊（打底焊）由施焊焊工操作，钳工不得自行点焊。点焊工艺及焊接材料与正式施焊一致。中管点焊长度为30-40mm，大管点焊长度为60-80mm，中管、大管点焊三点或四点均匀分布在管子上。点焊后应检查各个焊点质量，如不符合质量要求，应立即清除，重新进行点焊。检查合格后，氩弧打底满焊。

2.8手工电弧焊施焊

a.焊接时，若被迫中断时，应采取保温等适宜的措施。再焊时，应仔细检查并确认无裂纹后，方可按照工艺要求继续施焊，直至焊完。

b.施焊中，应特别注意接头和收弧质量，收弧时应将弧坑填满，多层多道焊的接头应错开。

2.9焊接检验

管道焊缝在100%焊缝外观检查的基础上，按照GB3323-87进行射线探伤，探伤合格后进行水压试验，水压试验均一次成功。供热首站管道焊接采用氩电联焊工艺射线探伤结果。

3、结论

自动焊焊接工艺 篇4

1 氩电联焊工艺原理及特点

1.1 工艺原理

氩电联焊是采用氩弧焊焊接焊缝底部, 再用电弧焊填充盖面的焊接方法。焊接时首先对管材环向对接焊缝定出各焊接区角度及位置, 再确定各区参数:如预热温度、焊接温度、电流、焊接脉冲、氩气流量等, 它综合了两种焊接方式的优点, 更能保证工程质量。

1.2 特点

a.焊接质量好:根据焊接工艺评定选择合适的焊丝、钨极、焊接工艺参数及纯度符合要求的保护气体, 能使焊缝根部得到良好的融合, 当进行射线探伤时, 合格率明显高。

b.效率高:同一焊工采用氩电联焊工艺和手工电弧焊工艺焊接同样的焊口, 氩电联焊工艺的焊接效率是手工电弧焊的2~4倍, 是氩弧焊的1~2倍, 明显缩短工期。

c.成本低:经综合测定, 发现氩电联焊比手工电弧焊可以降低施工综合成本10%~20%, 比氩弧焊可以降低施工综合成本5%~15%, 而且焊口成型好, 返修率低, 降低了综合成本。

2 氩电联焊技术实际应用

焊接电流作为氩电联焊工艺中一项重要参数, 直接影响焊接质量好坏。焊接电流过大, 产生的咬边、焊穿、焊瘤、严重焊接变形致使焊接接头应力集中, 疲劳强度和承载能力下降, 严重时导致焊缝开裂。焊接电流过小易产生气孔、未焊透、夹渣等缺陷, 降低接头的致密性, 减少承载面积, 致使接头强度和冲击强度降低。那么, 电流的选择在多大范围内能较好的保证焊接质量呢?下面就通过实验的方法来比较不同电流对焊接质量的影响。

2.1 焊接工艺参数

选取尺寸为168mm (直径) *10mm (壁厚) *70mm (长度) 的20#无缝钢6份管件。焊机选用ZX7-400STG逆变式氩弧、手弧焊机, 氩弧焊打底焊丝选用Φ2.5mm的H08Mn2Si A镀铜焊丝, 保护气体为纯度99.9%以上的氩气, 电极采用Φ2.4mm的铈钨极;填充及盖面层采用手弧焊, 焊条选用Φ3.2mm的E5015焊条。氩弧焊打底采用直流正接法, 手弧焊填充及盖面采用直流反接法。

2.2 焊接准备

焊接采用V型坡口、对接, 对口间隙为3~4mm, 组对固定焊为三点, 长度10~20mm。坡口修整时使用磨光机, 施焊前将坡口及其内外壁两侧15~20mm范围内锈、污垢和氧化皮清理干净直至露出金属光泽。氩弧打底焊接电流统一在120~140A之间, 手弧焊采用填充一遍盖面一遍的方法, 每道焊口手弧焊接电流分别在80A、85A、90A、95A、100A、105A六种条件下完成。

2.3 结果对比

80A电流:填充时底部热量不足, 偏弧, 粘条现象时有发生, 熔合不好, 熔渣不易析出。焊接过程中在底部铁水熔渣分离较困难, 易产生气孔, 切熔池与母材两侧熔合有些不够充分;

85A电流:偶有粘条现象, 熔渣易析出, 操作体验要比80A电流有所改善;

90A电流:粘条现象消除, 热量适中, 焊条融化顺畅, 与母材熔合较好;

95A电流:粘条现象消除, 热量输出偏大, 焊条熔化较快, 填充时须注意防止烧穿, 盖面时因熔深较大, 焊道边缘易形成咬边;

100A电流:粘条现象消除, 热量输出较大, 焊条熔化快, 填充速度慢容易烧穿, 熔深大, 但在可控范围内, 由于填充速度快, 须填充两遍方能达到盖面所要求的厚度。另外, 熔池不易控制, 散热慢, 盖面时在焊道三点和六点位置易产生咬边;

105A电流:粘条现象消除, 热输出大, 焊条熔化迅速, 填充时极易烧穿, 需提高焊接速度, 但很容易造成坡口两侧受热不均匀使铁水偏向另一侧, 造成坡口两侧熔合不好, 盖面时焊道易产生咬边。

3 结论

经过对比, 可知:在对168*10mm*70mm无缝管水平固定氩电联焊填充盖面时, 氩电联焊工艺中手弧焊操作选择电流为85A、90A时, 焊接体验较好, 熔池好控制, 焊缝成型也相对美观。另外, 考虑到焊接操作常常在户外露天进行, 必然受到外界自然条件 (如温度, 湿度、风力及雨雪天气) 的影响, 本次实验结果会有一些局限性, 所以实际应用中应根据实际环境来选择合适的焊接电流参数。

摘要：本文介绍了氩电联焊工艺原理及特点, 并通过实验对比不同电流参数条件下的焊接质量, 得出一定条件下需选择的电流数值, 确保焊接质量。

关键词：氩电联焊,电流参数,焊接质量

参考文献

自动焊焊接工艺 篇5

关键词：液压支架；焊接机器人；自动控制

1、国内液压支架的生产现状

液压支架是煤矿综合机械化开采的主要设备，除液压元件以外， 其主体部件基本上都是形状复杂的箱形焊接结构件。因此， 焊接是液压支架产品制造中主要的加工工艺。按目前国内液压支架产品的年产量计算， 每年用于液压支架生产的焊接母材用量约为 40 多万 t， 而焊缝充填量占工件总重量的3% ～ 4% ， 焊丝的有效消耗量达 2 万 t， 焊接作业劳动强度很大。尤其是近年来， 随着材料技术的发展，为减轻支架的重量， 设计上越来越多地使用高强度焊接材料。为保证高强度焊接材料的焊接质量， 工艺上需要对工件进行焊前预热处理， 即使在炎热的酷暑也是如此， 作业环境非常恶劣。在我国所有的液压支架制造企业， 手工焊接至今仍然是唯一的焊接作业方式。人工施焊时， 焊接工人经常会受到心理、生理条件变化以及周围环境的干扰。在高负荷的劳动强度和恶劣作业条件下， 操作工人容易疲劳，难以较长时间保持焊接工作稳定性和一致性， 最终会造成焊接质量的不稳定。国外先进的液压支架生产商， 如 DBT 公司和JOY 公司已广泛地使用焊接机器人或机器手代替或部分代替人工焊接。焊接机器人的应用， 不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高生产效率， 更主要原因是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性， 这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要。

多年来国内液压支架产品的出口一直受到焊接工艺质量的困扰， 很难参与国际商务竞争。相反， 近年来， 国内市场已越来越多地受到国外企业高端液压支架产品的挑战。全球经济复苏而导致的国际能源紧张的局面为煤机制造企业创造了良好的发展机遇， 如何抓住机遇迎接挑战是目前国内煤机制造企业所要面对和思考的问题。提高制造技术水平， 加强装备现代化是必由之路。对液压支架制造企业来说， 只能引用高新技术开发高端产品， 应用机器人焊接技术提高焊接质量和生产效率， 增加产品和企业的竞争力。

2、 机器人焊接技术的应用与研究现状

从 20 世纪 70 年代初焊接机器人出现到现在，焊接机器人在国外已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械制造业。国内从引进焊接机器人到我国自行研制第1 台弧焊机器人并开展机器人焊接技术领域的研究的近20 年来， 我国机器人焊接技术已有长足的进步。应用领域与国外先进国家相似， 主要分布于各大中城市的汽车、摩托车、工程机械等制造业， 其

中 55%左右为弧焊机器人， 45% 左右为点焊机器人。国内已有点焊、弧焊机器人设计制造能力的厂家近10 家， 表明我国机器人焊接技术已具有相当规模。

与国内外焊接技术和焊接装备的发展极不协调的是， 在我国以焊接为主要制造工艺的煤机制造企业尤其是液压支架制造企业， 焊接机器人的应用以及相关技术的研究几乎处于空白状态。导致这种情形的主要原因有 3 个方面：

（ 1） 进入市场经济以后， 企业失去了国家在设备技术改造方面的投资。前些年持续多年煤炭行业的不景气状况导致煤机制造企业举步维艰， 缺乏资金投入设备的技术改造和更新换代；

（ 2） 国内液压支架制造行业尚未真正受到外国公司强有力的市场冲击， 国内企业之间缺乏以更先进的制造技术取得市场竞争优势的意识；

（ 3） 液压支架产品由于其主体部件结构的复杂性和品种的多样性， 使现在汽车、摩托车和工程机械等制造业中使用的已相当成熟的示教型和离线编程控制方式的焊接机器人在液压支架产品的焊接加工中难以发挥作用， 而具有视觉功能的智能型焊接机器人尚在发展之中。

（ 3） 方面应该是问题的关键所在， 这就要求煤机制造企业主动与焊接机器人研究和制造单位接触并进行合作， 如此才能使液压支架以及整个煤机制造业赶上和保持与整个制造业快速发展的步伐。

3、液压支架制造中实现自动化焊接的技术途径

液压支架产品的结构特点和生产特征主要表现为： 焊接结构部件都是几何形状比较复杂的多箱形结构， 焊缝多为三维直线和少量的弧线， 且数量多，路径不规则； 焊缝的形状和尺寸多变； 产品的批次变化快。

至今， 工业现场应用的弧焊机器人主要是示教再现型， 就液压支架产品的结构特点和生产特征来说，存在许多不适应之处：弧焊机器人缺乏对环境、工件对象变化的自主适应能力；示教过程中机器人必须停止生产，这占用了生产时间，编程效率低， 尤其是对形状复杂的空间曲线焊缝；焊枪的运行受结构空间的限制。用于液压支架产品加工的焊接机器人应是基于视觉传感器的具有自主适应能力的智能化焊接机器人。视觉系统是机器人智能化的最重要的内容，它可以识别三维空间焊缝位置及其附近表面形状信息。基于三维空间图像位置识别的空间视觉系统是目前机器人视觉系统研究的前沿课题，并已开始在焊接机器人上应用， 但远未达到工业化应用的程度。在我国研制出可用于复杂箱型结构件焊接的全智能化焊接机器人尚需一定的时间，因此，在全智能化焊接机器人和示教型焊接机器人之间开发过渡性产品， 如所谓的主从遥控焊接系统，是一条有效的技术途径。

这种半智能化的焊接设备可由机器手、视觉传感器、显示器和操纵控制器等组成，人可以离场作业， 用摄像机代替人眼， 用机器手代替人手， 而在远离工件的操纵台上有显示器和模拟操纵杆， 作业人员在操纵台上通过显示器判断焊缝和焊枪的位置， 通过模拟操纵杆控制焊枪的姿态和运动， 即所谓的主从遥控焊接系统。

由于主从遥控焊接系统不需要示教， 特别适合于结构复杂、批量小的特殊或人无法亲临的场合。人工参与操纵， 有效地解决了路径规划、焊枪姿态控制、起弧和收弧问题。视觉传感器和智能控制器相结合可根据视觉传感器得到的焊点处的具体情况对操纵人员的指令进行实时修正， 提高焊接质量。作业人员离场作业改善了劳动强度和作业环境以及由此而引发的焊接質量的不稳定问题。

参考文献：

[ 1] 樊滨温等。 遥操作空间机器人系统研究[ J ] 哈尔滨工业大学学报， 1999（1） ： 110- 113。

[ 2] 刘大胜。焊接机器人的现状与发展[ J] 机器人， 2005（ 5） ： 42- 43。

[ 3] 毛鹏军等。 焊接机器人技术发展的回顾与展望 [ J] 焊接， 2001（ 8） ： 6- 9。

[ 4] 吕伟新等。 面向空间应用的主从与自主式遥操作系统研究[ J ] 1997（ 1） ： 27- 30。

CO2气体保护焊焊接工艺参数分析 篇6

关键词：CO2气体保护焊,对接焊缝成型,焊接工艺参数

0 引言

焊接技术是制造业重要的组成部分, 现代制造技术的发展离不开焊接技术, CO2气体保护焊以其独特的优势在工业生产中发挥着极其重要的作用。对接焊缝是最好的接头形式, 它在钢结构件承受静载和动载时安全可靠, 疲劳强度较高, 应力集中和变形较小。所以, 对接焊缝是制造业当中选用最多的接头形式, 也是焊接质量要求较高的焊缝。

1 CO2气体保护焊的特点

CO2气体保护焊的电弧热量集中、电流密度大、穿透力强、受热面积小、对铁锈敏感度低, 焊件焊后变形小, 不易出现氢气孔和氢致冷裂纹, 适用于焊接低碳钢和低合金高强度结构钢, 尤其在焊接低合金高强度结构钢时, 比手工电弧焊有质量保证。

CO2气体保护焊是气体保护, 明弧焊接, 没有熔渣, 焊缝成型后表面会出现一层灰色渣皮 (焊缝金属高温冷却过程中形成的氧化物) , 可用钢丝刷清理后露出金属光泽。熔池可见性好, 焊工在施焊时便于根据熔池形状和温度控制熔焊过程, 焊缝的宽度和余高容易把握, 焊缝的外部成型效果良好。

2 CO2气体保护焊相关工艺参数及准备过程

2.1 对焊单面焊双面成型坡口形式及装配要求

CO2气体保护焊一般采用V形坡口, 装配质量要求较高, 包括坡口角度、钝边和装配间隙, 以及对接不错边, 点焊定位牢固等。

坡口角度大小对电弧能否深入到焊缝的根部影响较大, 因为CO2气体保护焊喷嘴较粗, 焊丝刚露出喷嘴, 如果坡口角度过小, 喷嘴伸不进去, 电弧很难达到, 根部就不易焊透, 再加上喷嘴遮挡弧光, 容易出现焊偏、熔合不良等缺陷。实践证明, 要想获得较好的单面焊双面成型效果和焊接质量, 选择60°±5°型坡口角度是最合适的。

CO2气体保护焊钝边比手工电弧焊稍大, 宜选用2mm~3mm的钝边, 装配间隙稍小, 为0mm~2mm, 间隙过大时容易烧穿和焊漏, 给背面焊道成型带来难度, 须打磨清根。为了保证起头和收尾焊接质量, 可选择两块厚度、材质、坡口形式和母材相同的废钢板做引弧板和熄弧板, 焊于焊道两端。

2.2 焊接电流

焊接电流应根据焊件厚度、焊丝直径、施焊位置及熔滴过渡形式确定。焊接电流决定了熔深及生产效率, 对焊缝成型效果有决定作用。过大的焊接电流, 会增大飞溅, 产生气孔、烧穿、焊瘤等焊接缺陷;过小的焊接电流, 会造成电弧燃烧不稳定, 焊道未熔合等缺陷。在实际生产和实习教学法中一般选用半自动焊接, 它的送丝方式为等速送丝, 焊接电流由焊丝送丝速度决定, 当送丝速度快时, 会出现顶丝现象, 说明焊接电流太大;当送丝速度慢时, 焊丝时断时续, 说明焊接电流太小。实践表明, 当选用直径为1.2mm焊丝时打底层焊接电流在180A~200A范围内选择, 其它各层焊道宜采用200A~250A的焊接电流。

2.3 电弧电压

为保证焊接过程的稳定性和良好的焊缝成型, 电弧电压必须与焊接电流配合适当。因为CO2气体保护焊电弧静特性呈上升特性, 所以电弧电压应随焊接电流增大而增大或减小而减小。如果在两者不匹配的情况下拉长电弧, , 则熔深变小;压低电弧, 焊丝插入熔池, 电压过低或出现负值, 电弧燃烧极其不稳定, 焊缝成型效果极差。因此电弧电压一定要选择合适, 只有与焊接电流合理匹配, 才能达到良好的焊接效果。焊接电流与电压可参照表1数据合理调节:

2.4 焊接速度

在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下, 焊缝的熔深、宽度和余高都会随着焊接速度的变化而变化。如果焊接速度增加, 容易产生咬边、未熔合等缺陷, 气体的保护作用也受到破坏, 焊缝冷却快, 焊缝外观粗糙, 而且易出现氮气孔。如果焊接速度太慢, 焊缝的宽度和余高都会增加, 熔池的热量过分集中, 合金元素也会过多的烧损, 对热影响区的组织性能也有一定影响。实践证明, 选择20cm/min~40cm/min的焊接速度比较合适。

3 操作要领

CO2气体保护焊是明弧焊接, 熔池的可见度好, 可操作性强, 出现问题能及时调整处理。由于CO2气体保护焊自动化程度较高, 中间不需要更换焊丝, 接头少, 出现缺陷少。但因技能不熟练或操作不当也会影响焊接质量, 所以在操作时应当做到心中有数, 规范操作。

3.1 焊丝伸出长度

焊丝伸出长度也称为干伸长, 是指从导电嘴到焊丝端部的距离。焊丝干伸长影响电弧的稳定性。焊丝干伸长过长, 飞溅严重, 电弧燃烧不稳定, 气体保护效果变差, 严重时会因焊丝电阻值过大而导致焊丝成段熔化;当焊丝干伸长过小, 喷嘴与焊件的距离缩短, 飞溅物易粘住或堵塞喷嘴, 影响气体的流通, 也影响保护效果。因此, 焊丝干伸长度一般选择焊丝直径的十倍左右为最佳, 且不超过15mm。

3.2 焊枪角度

焊枪与母材及焊道的角度也是保证焊道成型质量的关键, 焊枪与焊道两侧母材的夹角一般为90°左右, 前倾角为10°~15°左右。

3.3 焊缝接头

焊缝接头容量出现缺陷的地方, 应尽可能少, 而且多层多道焊时, 接头尽可能错开10mm以上。接头时, 为了使接头不超高或脱节, 可用手动角磨机把弧坑部位打磨成缓坡形, 保留坡口边缘, 焊丝对准坡顶内侧面起弧, 当观察到熔池与坡顶边缘熔合为一体时小幅摆动缓缓回焊至缓坡最薄的位置, 然后正常摆动。注意, 起弧前必须将焊丝前端小球用克丝钳剪掉, 以免影响焊道质量。

3.4 焊接操作过程

打底焊是对接焊缝单面焊双面成型的关键, 也是操作的重难点。熟练掌握操作要领, 选择合理的焊接电流, 平稳耐心地操作, 才能保证焊接质量。

打底焊时应选用月牙形摆动, 在焊缝边缘作1秒左右的停留, 摆动时保证焊道顺直, 焊枪把握平稳。

打底焊前应检查导电嘴的内径是否合适, 喷嘴内部的飞溅物是否堵塞喷嘴, 焊丝是否够用, CO2气瓶是否打开, 气体流量合适与否等相关问题, 尽可能规范操作, 减少打底层的缺陷。

中间熄弧或打底焊焊完时, 立即松开焊枪开关, 但不要马上抬离焊枪, 防止产生缩孔、气孔及弧坑裂纹等。

中间填充层的操作同打底焊基本一样, 焊层之间的氧化物和飞溅及时清除。最后一道填充焊层要预留1 mm深度 (可用砂轮修磨平滑) , 为盖面焊打好基础。

盖面焊时也可选用月牙形摆弧, 关键要控制好熔池大小一致、摆弧幅度大小一致及焊接速度的一致, 余高要控制在1 m m左右。使焊缝与母材能平缓过渡, 降低应力集中。

3.5 接头组织对比

通过试验得出, CO2气体保护焊采用H08Mn2Si A焊丝与E5015手工电弧焊焊接接头组织对比见表2:

试验结果表明:CO2气体保护焊采用H08Mn2Si A焊丝进行单面焊双面成型对接焊时, 与E5015手工电弧焊焊接接头的性能相近 (焊缝组织主要都是铁素体和珠光体) , 但手工电弧焊焊接接头性能略高于CO2气体保护焊焊接接头的性能, 其原因在有两点:一是CO2的强氧化性烧掉了焊缝中大部分合金元素, 焊丝中的硅锰难以弥补;二是E5015焊条中的碳及合金含量较高, 其强度高于国家规定标准。

4 焊缝质量

1) 焊缝外观成型良好, 过渡平滑整齐, 焊缝宽度和余高附和对接焊缝尺寸公差要求。

2) 焊缝内部质量经X射线探伤及超声波探伤检验表明, 合格率都高于手工电弧焊。

参考文献

[1]李淑华, 王申.焊接技师技术问答.北京:国防工业出版社, 2005.

[2]胡宝良.新编, 高级焊工.简明读本, 上海科学技术出版社, 2006.

[3]冯明河.焊工技能训练.3版, 北京:中国劳动社会保障出版社, 2005.

[4]王文河, 项晓林.高级焊工工艺与技能训练.2版, 北京:中的国劳动社会保障出版社, 2011.

[5]宋彬.焊管的单面焊双面成形焊接工艺改进.民营科技, 2007.

[6]龚雪群.Q390厚板的CO2气保全熔透焊接技术的应用.焊接技术, 2007.

自动焊焊接工艺 篇7

关键词：GPW-1200气压焊轨机,焊接工艺,焊瘤,焊缝

GPW-1200气压焊轨机是具有自动夹持钢轨、 对齐工作边、自动焊接、保压正火等多种功能的高度自动化焊轨设备,可以满足现场钢轨焊接中的拉轨、焊接、正火、风冷等多种工作需求,同时, GPW-1200气压焊轨机具有完备的数据采集和数据分析系统,可以大大提高焊轨作业的工作效率,并完善现场钢轨焊接的管理体系,实现现场钢轨焊接的数字化管理。所以,研究不同条件下的焊接工艺,分析影响焊接质量的不同参数,探索提高气压焊轨机焊接实用性和稳定性的方法,是气压焊轨机的研究方向,也是保障线路施工安全的重要措施。

1环境温度对焊接工艺的影响

气压焊焊接试验一般在环境温度大于0 ℃时进行,温度过低时焊接质量不易保证,焊后钢轨的韧性较低,在受到冲击力时,易产生脆性断裂。通过实验发现,温度过低对气压焊焊接工艺会同样产生影响。

环境温度过低,轨温也处于较低的温度,焊接时,热输入量极快地被传输到焊接区域以外,在相同时间下,焊缝区温度较低,虽然可以完成焊接过程,但是不能形成理想状态焊瘤(见图1-a)。由于环境温度较低,气体流量和焊接时间也没有调整到此时所需要的数值,焊缝温度较低,焊瘤张开尺寸较小,尤其是轨底角处焊瘤接近闭合,此处焊接热输入量明显不能达到要求,焊接质量不能得到保证。环境温度较低时,应提高气体流量或延长焊接时间以增大焊接热输入量。但是,焊接热输入量较大时,同样不能得到正常状态下的焊缝(图1-c), 焊瘤处于严重张开的形貌。温度过高时,焊缝组织在高温下易晶粒粗大,甚至会形成过烧,严重影响焊接质量。通过分析环境温度,观察加热器火焰状态,适当地调整气体流量和焊接时间,保证焊接热输入的稳定,推瘤后才能得到形貌合适的焊瘤(见图1-b),从而保证焊轨质量。

钢轨气压焊焊接时加热温度分布是不均匀的, 钢轨的轨头、轨腰、轨底和钢轨中心处温度存在很大的差异(见第113页图2)。在相同的焊接时间下,轨腰温度较高,轨底和轨头处因为需要向钢轨中心传递热量,所以温度相对较低。钢轨表面直接受到火焰加热,表面温度明显高于钢轨内部,所以轨头中心处和轨底三角区处于焊接过程中温度最低点。当轨温较低时,钢轨表面的温度在火焰的直接作用下,变化较小;钢轨中心尤其是轨头心部和轨底三角区处的温度在热量传输的影响下,变化较大。钢轨内部在低温下容易产生光斑、夹杂、未熔合焊接缺陷。区域温度差值较大,同样会导致内部组织存在很大的不同,即使通过正火热处理,也很难得到均匀的焊缝组织。

在相同的焊接热输入下,环境温度不同,焊缝的力学性能同样发生变化(见图3)。通过对焊缝轨底的硬度进行测量,可以看出不同环境温度下, 轨底处硬度都满足TB/T 1632—2005钢轨焊接标准的技术要求[1,2,3],但是轨底处软化区分布略有不同。环境温度为0 ℃时,软化区在离焊缝中心处20 mm处;环境温度为-5 ℃和-10 ℃时,软化区在离焊缝中心17~18 mm处。钢轨在工作状态下,轨底承受拉应力,属于相对薄弱的区域,软化区力学性能较差,距离焊缝较近的软化区对焊后钢轨的整体力学性能不利。

2焊前准备对焊接质量的影响

焊前准备包括对待焊钢轨的处理和对焊机焊接状态的调整,这是保证焊接质量的重要因素。

2.1对待焊钢轨的处理

待焊钢轨需要进行除锈、打磨、锉刀加工、清洗等步骤才可以进行焊接。端面处理时,如不使用锉刀进行后期处理或不使用四氯化碳进行清洗,钢轨断面易出现油污或油脂附着。焊接过程中,污染处不能达到理想的金属键结合,导致焊接后接头内部出现光斑(见图4-a)。钢轨4-a是由于在焊接准备阶段,轨底角右侧有打磨过程中残留的蓝色氧化膜,落锤后,在断口轨底角处可以发现光斑缺陷。 焊接前处理钢轨时,应尽量避免断面出现氧化膜、 材料成分偏析、端面不平整等加工缺陷,从而使焊缝不易产生光斑、未熔合等焊接缺陷,落锤试验合格后锯口砸断,断口不平整,不存在光亮的小刻面,焊缝区内部没有裂纹源,可以观察到明显的韧性断裂特点(见图4-b)。

2.2对焊机的焊接状态调整

加热器火孔状态也是影响焊接过程和焊接质量的重点,焊接前应采用试火的方式检查加热器火孔是否阻塞,若火孔火焰不稳定或出现明显的阻塞, 应使用小一号的火孔通针进行疏通。使用相同号码的火孔通针进行疏通,由于火孔与通针之间的间隙较小,在相互摩擦作用下,紫铜材质的火孔极易发生磨损从而导致火孔变大;当使用更小号的通针进行疏通火孔时,不能完全确保火孔中的阻塞异物被清理干净,同时,由于通针过于细小不易垂直于火孔进行作业,易导致通针折断。如图5-a所示,由于焊瘤右侧火孔阻塞,而气体流量是固定值,导致焊瘤右侧火孔火焰不足,焊瘤左侧火孔火焰较大, 形成不对称的焊瘤形貌;图5-b加热器火孔尺寸左右对称,火孔火焰热输入量左右基本一致,焊瘤形貌对称且尺寸适当。

3焊接工艺对焊接质量的影响

GPW-1200气压焊轨机焊接质量取决于焊前准备、焊接、焊后风冷、正火、正火后风冷、焊后加工六个阶段。焊接和正火时的工艺参数是焊接组织的决定性因素。

3.1焊接工艺参数的确定

焊接过程中,应调节气体流量、焊接时间、加热器摆幅来保证焊接热输入量的均匀和稳定,调节顶锻量和顶锻力以保证焊接推瘤的平稳和顺滑。焊接热输入量过小时,钢轨内部容易出现未熔合、未焊透情况。

相同的顶锻量下,顶锻速度慢,所需顶锻力大;焊接热输入量过大时,钢轨表面容易出现过烧,轨底角容易出现塌陷.相同的顶锻量下,顶锻速度快,所需顶锻力小;焊接热输入量不均匀时, 会造成焊缝内部组织不均匀,焊缝局部也会出现热输入量过高或过低的现象。

3.2正火工艺参数的确定

正火过程中,加热时注意观察,调节加热器使接头周边温度基本一致,轨底角最高加热温度应控制在830 ℃ 以上,轨顶最高温度900~950 ℃,两轨底角温度相差不得大于30 ℃。火焰加热应均匀, 局部不得形成过烧、过热组织。

4结论及展望

通过分析环境温度、焊前准备和焊接工艺参数等对焊接过程和焊接工艺的影响,总结GPW-1200气压焊轨机的焊轨质量是由各阶段的气体流量、持续时间、顶锻工艺、环境温度、焊前准备共同作用而决定的,分析各个工艺的作用以及它们之间的相互影响是提高气压焊轨机质量和适用性的重要措施。现阶段气压焊轨机在不同工作环境下的工艺区别仍需要实验和探索,根据工作条件适时地优化焊接工艺可以提高施工的效率和质量,从而保证现场焊接品质。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.TB/T 1632—2005钢轨焊接[S].北京:中国铁道出版社,2005.

[2]中华人民共和国铁道部.TB/T 1632.1—2005钢轨焊接:第1部分通用技术条件[S].北京:中国铁道出版社,2005.

自动焊焊接工艺 篇8

关键词：摩擦柱塞焊,DH36钢,工艺参数,接头形貌

摩擦柱塞焊 (friction hydro pillar processing, FHPP) 是基于连续驱动摩擦焊和螺柱焊焊接过程提出的一种新型固相连接和金属加工技术, 由英国焊接研究所于1992年发明并申请了专利, 在海洋平台和海底管道等水下钢结构物修复方面具有独特优势和应用前景。FHPP焊接过程的基本原理是采用一种高速旋转的消耗性金属柱塞沿轴向插入塞孔中并施加一定的轴向压力, 柱塞在剧烈摩擦和轴向载荷作用下软化并沉积在塞孔中, 从而实现冶金连接过程。

过去20多年中, 欧盟先进工业团体及研究机构已投入大量的人力和财力进行FHPP相关研究, 内容涉及工艺参数、焊接过程、组织及性能等[1~6]。而国内对于摩擦柱塞焊的研究起步较晚, 北京石油化工学院率先对2024/LY12铝合金进行了空气中的工艺试验[7~11]。文中对DH36结构钢进行空气中与水中摩擦柱塞焊工艺研究, 深入分析并讨论钢结构物摩擦柱塞焊成形过程及接头形貌, 研究结果为FHPP应用于水下焊接及海洋工程结构制造与修复提供重要依据。

一、试验方法

试验在天津大学自主研发的国内首台大功率水下摩擦柱塞焊系统上进行, 系统主要由主轴头旋转机构、液压泵站系统, 电控系统及数据采集系统组成。作为焊接设备最为关键部件, 主轴头最高转速8, 000 r·min-1, 最大轴向力60k N, 承受扭矩140N·M, 并可以完成水下高转速焊接工艺过程, 如图1所示。

试验塞孔在200mm×100mm×40mm的DH36钢板中钻孔获得。塞棒采用Φ25mm的Q345棒材进行机加工完成, 具体尺寸如图2所示, 母材和塞棒主要化学成分见表1。使用经优化的工艺参数即焊接转速选择为7, 000 r·min-1, 焊接压力30k N, 预热时间2.5s, 顶锻压力35k N, 顶锻时间3.5s, 塞棒轴向消耗量为15mm, 分别进行空气与水下摩擦柱塞焊工艺试验, 并采取四通道焊接过程参数 (转速, 焊接压力, 轴向位移, 焊接扭矩) 变化情况, 进一步了解实际焊接过程。焊后沿着塞孔中轴线进行线切割, 获取焊接接头横截面, 并进行研磨, 抛光, 腐蚀观察接头宏观形貌。

二、试验结果与分析

(一) FHPP工艺成形过程。

如图3所示, 采用高速摄像技术对FHPP过程进行实时监控, 有助于进一步理解这种新的焊接工艺的接头成形过程。从图中可以看出, 随着塞棒轴向向下移动, 当与塞孔底端接触开始发生摩擦产热与摩擦剪切双重作用, 此时粘塑性金属紧贴着塞棒, 并在轴向压力的作用下, 向上运动至塞孔表面以上, 如图中箭头1所示部分;随着焊接过程的进行, 塞孔逐渐被填满, 摩擦变形面也由底端升至距塞孔上表面5~10mm左右位置, 上升速度逐渐减慢。这主要由于在塞孔表面, 大量粘塑性金属在轴向力的作用下沿着塞孔表面流出, 形成飞边, 如图中箭头2所示部分。此时, 摩擦变形面相对焊接初始阶段也有增大现象, 导致产热量迅速增大但同时大量飞边溢出也会带走一定的热量。随着焊接过程进一步进行, 塞孔表面飞边体积逐渐增大, 塞孔表面热影响区区域也逐渐扩大。当摩擦变形面进一步上升时, 此时有金属沿着塞孔内表面侧壁挤出, 不过体积较小, 如图中箭头3所示部分。当轴向消耗量达到设定值时, 停转顶锻完成焊接过程, 形成如图所示焊接接头。

图4为水下FHPP工艺的完整过程, 试验在10mm板厚的316L不锈钢水槽中进行, 使塞孔完全浸入水中, 在水下实现塞孔塞棒FHPP过程。图中显示了从塞棒高速旋转, 轴向向下运动, 塞棒浸入水中, 塞棒塞孔发生摩擦, 维持焊接过程至最终的拆卸卡具展现出完整焊接接头。

(二) 摩擦柱塞焊工艺试验焊接参数变化规律。

图5为典型的摩擦柱塞焊焊接工艺过程焊接参数变化情况。从图中可以看出, 除了轴向位移呈逐渐增大的趋势, 其余设定焊接参数并非恒定, 而是在设定值附近上下波动。具体变化规律可结合焊接接头成形过程予以讨论:

焊接转速可以迅速提高至设定转速, 焊接过程中并没有保持恒定不变, 而是在设定值附近波动, 在加压过程中焊接转速会有一个较大幅度 (-200 r·min-1~-1, 000 r·min-1) 的跳动, 这也与扭矩的第一个峰值相对应。

焊接压力是整个焊接过程与后续焊接质量的关键参数, 根据压力的变化过程将焊接过程分为预热, 加压, 恒压焊接与顶锻保压四个阶段, 所以变化过程较为明显, 并且压力的变化与焊接扭矩的变化有较为紧密的关系。

轴向位移在塞孔塞棒接触之前以恒定速度逐渐增加, 呈线性关系;随着焊接过程进行, 位移也成逐渐递增的现象, 但没有较为严格的线性关系。

焊接扭矩作为焊接过程的一个间接参数, 与转速, 压力, 塞孔塞棒材料, 几何形状相关。如果扭矩值过大, 则会出现马达停转焊接过程终止现象。从图中也可以看出焊接扭矩波动较大, 但仍然呈现如下特点:预热阶段扭矩迅速增大, 在加压过程中扭矩继续增大并会出现扭矩峰值, 随着焊接过程进行扭矩会逐渐降低至一个较为稳定范围内, 而且焊接后期扭矩值明显小于前期焊接扭矩。所以应将焊接扭矩控制在设备的承载范围之内, 防止扭矩过大出现马达停转, 保证焊接过程能够顺利进行。

(三) 摩擦柱塞焊焊接接头形貌。

如图6所示, 在该工艺参数范围内, 空气中/水下均可获得无宏观缺陷焊接接头, 在容易出现焊接缺陷的底端拐角部位都实现了充分填充, 热影响区呈现由底端至上表面逐渐增大趋势, 但是拐角部位热影响区依然较小, 这主要由于焊接前期周围冷基体的快速冷却, 并且焊接前期持续时间较短无法充分产热的原因造成。而焊接后期, 随着摩擦变形面面积增大, 并且焊接时间较前期延长, 导致产热量明显增大。除此之外, 发现水下焊接接头由于周围水环境强烈的散热环境, 接头的热影响区较空气中接头有缩小趋势。

(四) 摩擦柱塞焊热机耦合分析。

结合FHPP工艺特有的焊接过程及接头形貌, 可以把接头分为低温热影响区 (Low-temperature heat affected zone, LT-HAZ) , 高温热影响区 (High-temperature heat affected zone, HT-HAZ) , 热力影响区 (Thermo-mechanically affected zone, TMAZ) , 动态再结晶沉积区 (Dynamic recrystallization sedimentary zone, DRSZ) , 锻造区 (Forged zone, FZ) 和母材区 (Base material, BM) 。以空气中接头为例划分以上各区域见图7。

母材区无热影响也无热变形;热影响区受到焊接热循环的影响, 但没有发生塑形变形, 根据离焊缝的距离以及腐蚀后颜色的差异可以分为高温与低温热影响区;热力影响区不仅受到焊接热循环的影响, 而且还受到塞棒的挤压与摩擦剪切作用;动态再结晶沉积区为塞棒最终摩擦面以下由沉积下来的发生热塑性变形和动态再结晶的塞棒金属;塞棒最终摩擦面以上的部分热塑性金属, 由于温度较高而且承受较大的轴向力作用, 类似于高温锻造过程, 因而将其定义为锻造区。

三、结语

焊接过程中除了轴向位移呈逐渐增大的趋势, 其余设定焊接参数并非恒定, 而是在设定值附近上下波动, 焊接转速在加压过程出现 (-200~-1, 000rpm) 的降低峰值, 对应扭矩曲线的峰值, 扭矩峰值过大容易出现马达停转现象。

圆锥形塞孔塞棒摩擦柱塞焊工艺, 在空气中, 水下均可获得无缺陷焊接接头, 热影响区由底端至塞孔表面呈现增大趋势, 但是底端圆角过渡区域热影响区较小。

FHPP焊接接头可分为母材区、低温热影响区、高温热影响区、热力影响区、动态再结晶沉积区和锻造区。

参考文献

[1] .Meyer A.Friction hydro pillar processing:bonding mechanism and properties[D].Geesthacht:GKSS-Forschungszentrum, 2003

[2] .Hattingh D G, Bulbring D L H, Elsbotes A, et al.Process parameter influence on performance of friction taper stud welds in AISI4140 steel[J].Materials&Design, 2011 (32) :3421~3430

[3] .THOMAS W M, SMITH P T.Friction Plug Extrusion[P].United Kingdom:9621416.8.1997, 7, 5

[4] .NICHOLAS E D, THOMAS W M.A review of friction process for aerospace applications[J].International Journal of Materials and Product Technology, 1998, 13 (1/2) :45~55

[5] .AMBROZIAK A, GUL B.Investigations of underwater FHPP for welding steel overlap joints[J].Archives of civil and mechanical engineering, 2007, 7 (2) :67~76

[6] .MEYER A.Friction hydro pillar processing:bonding mechanism and properties[D].GKSS-Forschungszentrum, 2003

[7] .焦向东, 周灿丰, 陈家庆等.摩擦柱塞焊方法和实验装置[P].中国:200710079325.3, 2008, 8, 20

[8] .高辉.摩擦柱塞焊试验装置及焊接工艺研究[D].北京石油化工学院, 2010

[9] .占宏伟, 焦向东, 高辉等.摩擦柱塞焊单元成型质量影响因素研究[J].电焊机, 2011, 41 (5) :62~65

[10] .高辉, 焦向东, 周灿丰等.预热对LY12铝合金摩擦柱塞焊质量的影响[J].上海交通大学学报, 2010, 44:70~73

自动焊焊接工艺 篇9

在石油工业油气勘探技术的发展和能源消耗的日益增大, 戈壁滩、大山深处的油气资源外输和海外石油天然气的进口输送成为了我国能源储备的一个重要方面, 而大口径长输管道正是一种理想的油料、天然气运送方式。由于野外的施工环境都比较恶劣, 采用传统的焊接工艺已经不能满足现在管道建设的速度。由国外引进的高效焊接技术--下向焊联合焊接焊接工艺, 因其优异的工艺性能在长输管道的建设中得到了广泛推广。中原石油勘探局工程建设总公司已建成的西气东输、京石管道。济清管道。甬沪宁管道平泰管道、苏丹37区输油管道沙特水管道项目等都全部采用了下向焊联合焊接工艺。

一、下向焊联合焊接工艺的优点

采用6010纤维素焊条根焊和自保护药芯焊丝半自动填充和盖面焊的联合焊接工艺具有如下优点:

1、纤维素焊条根焊

焊条熔化速度快, 电弧吹力强, 熔敷效率高, 可以单面焊双面成型, 根焊成形好, 弥补自保护药芯半自动焊不能根焊的缺点。

2、自保护药芯半自动填充盖面

焊接头少, 药皮易于清理, 焊层薄且多层焊接, 连续焊接的生产方式, 焊缝热输入量高, 减少焊缝产生夹渣、冷裂纹等缺陷的概率。

3、综合优点

焊材无需烘干, 减少设备投入和焊材浪费, 综合成本比手工电弧焊快一倍;施工条件适应性强, 特别适用于野外作业;焊接效率高, 大大降低焊工的劳动强度;焊接合格率高, 质量稳定, 焊接接头力学性能好;焊工易掌握。

二、应用

以平泰标段管道建设项目为例, 介绍纤维素焊条手工电弧焊与自保护药芯半自动焊联合焊接工艺的应用。焊接设备采用焊机美国林肯400配送丝机。

1、母材

采用Φ1016mm×17.5mm规格, API 5L X70级钢管。X70管材化学成分见表1。

2、焊接材料

根焊材料选取奥地利伯乐公司生产的FOXCEL E6010纤维素型焊条, 管材直径较大, 为保证根焊的厚度选取焊条直径为Φ4.0mm。填充及盖面层焊接均采用奥地利伯乐公司生产的PIPESHIELD 71T8-FD E71T8-K6低氢型药芯焊丝, 焊丝直径为Φ2.0mm。

3、接头设计

管端坡口应均匀光滑, 坡口处原有管焊缝必须修磨成缓坡状, 对于变壁厚的坡口加工也应符合有关规范规定, 接头坡口角度、钝边、根部间隙、对口错边等尺寸必须符合焊接规程的要求, 钢管组对焊接接头V型坡口尺寸见图1。

4、焊前准备

做好焊前清理、机械化组对和焊前预热工作。

(1) 焊前清理

将坡口内外壁两侧20mm以内的泥、水、锈等杂物用角向磨光机、钢丝轮等工具清理干净, 使其露出金属光泽。磨平螺纹缝钢管内外管端10mm范围内的焊缝余高, 使其平缓过渡。两根管材原始焊缝应相互错开最少200mm。

(2) 焊缝组对

焊缝组对采用河北廊坊生产的“管道人”气压式内对口器、吊管机及挖掘机配合组对, 对于弯头位置采用液压式外对口器进行组对。焊缝上部间隙2mm左右, 底部间隙为3mm左右, 须留有收缩余量。

(3) 焊前预热

焊前用环型火焰加热器对坡口两侧各75mm范围内的母材进行均匀加热, 预热温度为100-150℃。若环境温度较低时, 可高于该预热温度20-30℃。

5、焊接参数

根据母材厚度制定焊接层数为6-8层, 根焊采用纤维素焊条手工下向焊, 填充层和盖面层焊接均采用自保护药芯半自动下向焊, 具体焊接工艺参数见表2。

6、焊后检验

焊后检验按国家现行标准《钢制管道焊接及验收》SY/T4103-2006标准执行。试件经外观检验合格后进行X射线无损检测, 无损检测评定合格后, 再切割取样进行拉伸、刻槽锤断及各项弯曲试验。经工艺评定试验, 焊接接头各项测试值完全符合要求。

三、下向焊的操作方法

由于焊接的管材口径较大, 为了保证整圈焊缝能均匀受热, 减少焊接变形导致的焊缝错边量增大及未焊接的一边组对间隙收缩造成焊接困难、焊缝内应力增大, 施焊时每层由两名焊工同时在焊缝两侧位置对称施焊。

1、根焊

采用纤维素型焊条进行根焊, 根焊是整个焊口质量的一个关键。操作时, 要求焊工必须正确掌握焊条运条角度和运条方法, 并保持均匀的运条速度。施焊时, 先从焊口12点往前10mm处引弧, 采用短弧焊做小幅度往返式直线运条, 也可有较小的摆动, 但动作要小, 速度要快, 要求均匀平稳, 做到“听、看、送”的统一, 即既要“听”到电弧击穿钢管的“扑扑”声, 又要“看”到熔孔的大小, 观察判断出熔池的温度, 还要准确地将铁水“送”至坡口根部。熄弧时焊条做一个下压动作, 用以形成一个比正常焊接时所出的熔孔稍大一点的熔孔, 方便下根焊条施焊, 然后迅速换上焊条, 在熔孔正处于一次结晶 (即:金属从液态变成固态, 由亮红色变成暗红色的过程) 时接头;若更换焊条时间过长, 就要用角向磨光机将熔孔打磨成缓坡口再接头。焊接下腰及仰焊位置时, 极易出现内凹或内咬边, 这就需要每一弧都压住, 控制好每一弧的温度和熔孔的大小, 尽量把铁水往坡口内部顶, 填满前一弧的熔孔, 依此操作完成根焊。

2、热焊

根焊与热焊层之间的时间间隔不宜超过5分钟, 这就要求根焊的清根工作要在短时间内完成, 层间温度不小于100℃, 否则需重新加热。目的是使焊缝保持较高的温度, 以提高焊缝的力学性能, 防止裂纹的产生。起弧前焊丝干伸长度不宜过长, 约10mm左右。起弧接头可采取热接的方式, 一名焊工在焊缝12点钟位置起弧进行正常焊接, 另一名焊工在前一名焊工焊接20mm左右时迅速在已焊焊缝上约10mm处引弧做左右摆动, 焊过起焊位置后进行正常焊接。焊接过程中应时刻注意保持焊丝的干伸长度, 防止铁水熔化不良造成夹渣。焊接仰焊位置时可适当加长焊丝干伸长度至15-20mm。热焊层要求焊接速度快, 可采用直线下拉或轻微摆动焊接方式。在焊接接近5-6点钟位置, 也可采用灭弧或跳弧焊的方法焊接, 以避免根部焊缝烧穿、烧塌, 产生穿丝、内凹等缺陷。

3、填充

填充层的焊接方法与热焊层相同, 根据坡口宽度做适当摆动, 使坡口两侧熔合良好, 相邻两焊层焊接接头不得重叠, 以减少应力集中。最后一层填充焊高度以略低于母材表面0.5mm为宜, 但不能破坏坡口的原始边, 否则导致盖面层卡线困难, 焊缝直度难以保证。每层焊接结束后, 用钢丝轮清理干净焊缝表面的药皮、飞溅, 确认没有表面缺陷后再进行下层焊接。

4、盖面

焊接盖面层时要保证坡口两侧边缘融化良好, 可根据焊缝宽度做左右横向摆动, 熔化坡口两侧边缘各1-2mm左右并稍作停留, 避免出现咬边、未熔合等缺陷。焊枪摆动幅度也不能过大、控制好焊速, 以免造成焊缝腰部两边高中间低的现象。调整好焊接电压, 电压过大会导致熔宽过宽、熔渣倒流、熔池保护不良, 尤其是在腰部位置极易出现表面气孔。焊接仰焊位置时应适当减小送丝速度, 防止出现焊缝中间余高超标。在底部收弧时前一名焊工应焊过六点钟位置约50-100mm, 便于另一名焊工收弧, 正常焊接至收弧点并逐渐拉长焊丝干伸长度填满弧坑后灭弧。若焊缝坡口角度较大, 盖面也可采用排道焊接, 但必须保证每道焊道搭接处熔合良好, 防止排道焊道出现中间沟壑的缺陷。注意焊接参数的选择, 根据焊接工艺选择合适的焊接电流和电压。

结语

实践证明, 采用纤维素焊条电弧焊根焊和药芯焊丝半自动填充、盖面焊的联合焊接工艺, 不仅提高了焊接质量、缩短了施工工期, 还大大降低了生产成本。熟练的掌握和运用此种焊接工艺, 在平泰标段管道建设项目中, 中原石油勘探局工程建设总公司焊接机组焊接的焊口合格率超过99%, 因此下向焊联合焊接工艺在大型管道建设项目中起巨大贡献。

摘要：长距离金属油气管道焊接中的下向焊联合焊接工艺方法进行了简要综述, 结合平泰段管道建设项目对管道下向焊联合焊接技术及工艺要求进行了介绍。

关键词：管道焊接,自保护药芯半自动,下向焊工艺

参考文献

[1]《手工电弧焊》, 机械工业出版社, 2006.7。

自动焊焊接工艺 篇10

1 情况介绍

(1) 分别采用CO2气保焊, 焊条电弧焊以及富氩气保焊进行焊接试板试验, 焊接试板形式采用板对接平焊焊缝, 对以上几种焊接工艺进行试验评定。

(2) 评定项目为:外观质量, 力学性能, 物料损耗。

2 焊前准备

(1) 试件准备:母材选用锅炉压力容器用钢板Q245R, 板对接试件规格300mm×125 mm×12mm, 6块;T型角接试件规格250mm×125mm×12mm、250mm×60mm×12mm各3件。

(2) 焊材准备:焊丝ER70S-6;焊条E4303;CO2气体纯度大于等于99.5%;富氩气:90%Ar+10%CO2。

(3) 清除坡口及两侧20mm范围内的油污、铁锈等, 并用角磨机打磨出金属光泽。

(3) 提供干燥的CO2气体, 具体做法, 将气瓶倒置, 使水分下沉, 每隔0.5h放水1次, 放2～3次。

3 焊接操作工艺制定

3.1 试件的组对和定位焊 (见表1)

在试件两端进行定位焊, 定位焊长度为10mm～15mm, 定位焊后将定位焊缝两端用角磨机打磨成斜坡状, 并将坡口内的飞溅物清理干净。

3.2

CO2气保焊焊接参数的选择 (见表2)

3.3 焊接

(1) 打底焊:焊枪与焊件之间的夹角为70°～80°, 电弧引燃后无需下压电弧, 沿斜坡向坡口根部运行焊枪, 至坡口根部后作小幅度横向摆动, 并在坡口两侧稍作停顿。注意观察熔孔尺寸, 熔孔直径比坡口间隙大0.5mm～1mm, 根据坡口间隙和熔孔直径的变化调整焊枪横向摆动幅度和焊接速度。焊接时, 电弧在距坡口根部2mm～3mm处燃烧, 使打底焊缝厚度保持在4mm左右。

(2) 填充焊:应将打底焊层表面飞溅物等清理干净, 将焊接电流和电弧电压调整至合适的范围内。填充层焊接时焊枪角度及焊枪横向摆动方法与打底焊时相同, 焊丝伸出长度可稍大于打底焊时1mm～2mm。填充层焊完后焊缝表面距试件表面1mm～1.5mm为合适, 不得破坏坡口边缘棱角。

(3) 盖面层:将填充焊层表面飞溅物及其它脏物清理干净, 将凹凸不平的地方用角磨机磨平, 焊枪角度及焊枪横向摆动方法与填充焊时相同, 焊枪在坡口两侧摆动要均匀缓慢, 以防止产生咬边。当中途中断焊接时, 要做到滞后停气, 以免熔池氧化。

(4) 富氩气保焊其工艺、操作与CO2气保焊相同。

(5) 焊条电弧焊在此不再赘述。

4 结果比较

(1) 从对接接头焊缝外观检验可知, 3种焊接方法的焊接接头外观检查均符合要求, X射线检测高于Ⅱ级合格。均能达到锅炉焊缝外观质量要求。

(2) 力学性能试验:焊接接头的抗拉强度均高于母材规定的最小值, 三者相比较以富氩气保焊最高, CO2气保焊次之, 焊条电弧焊最低, 按规定做弯曲试验合格。这说明3种焊接方法的焊接接头力学性能试验合格。焊接接头性能富氩气保焊、CO2气保焊好于焊条电弧焊。

(3) CO2气保焊、富氩气保焊所需母材坡口角度小, 且熔深大, 焊接层数少, 因而母材损耗及焊材用量均少于焊条电弧焊。

(4) CO2气保焊、富氩气保焊焊接电流密度大, 使熔深大, 减少了焊接层数;焊后无焊渣, 多层焊时不必中间清渣;单面焊双面成型可以窄间隙连续焊接;半自动化操作因此焊接生产率大大高于焊条电弧焊。

(5) 富氩气体保护焊较CO2气保焊焊波细密, 焊道平滑, 成形美观, 飞溅小, 但成本相对较高, 故适宜用于焊缝外观要求较高的焊缝。

5 结语