本发明专利技术公开了一种管板角接接头辅助焊接装置及焊接方法。所述辅助焊接装置包括金属板和金属管、工艺筋；所述金属板上开有供金属管端部穿过的孔，该孔的侧壁均为K型坡口；所述金属管的端部穿过金属板上的孔，且金属管的端面与金属板的正面共面；所述工艺筋固定在金属板的正面，且与金属管的端面接触；所述金属管的外壁与金属板的孔壁之间具有间隙。所述焊接方法先内侧焊至坡口深度的2/3—4/5，再翻面焊接外侧焊缝至全部填满，最后完成内侧剩余焊接。本发明专利技术可以控制管板的焊接变形，拥有良好焊缝外观及内部质量，以适用于类似轨道交通等领域类似零部件的焊接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种管板角接接头辅助焊接装置及焊接方法，属于管板焊接
技术介绍
对于厚度为10mm—25mm的中厚金属板焊接，不管是对接接头还是T型接头，多采用K型坡口焊接，以达到双面焊双面成型的目的，尤其管板对接的K型焊缝通过采用工装或压金属板压紧的方式，可以较容易减小其变形，其焊接方式有埋弧焊、MAG焊(熔化极活性气体保护焊)等多种焊接方法，但对于管板角接的K型坡口焊接方法还未曾涉及。管板角接的K型焊缝的难点在于焊接变形和内部缺陷，尤其对于有垂直度和平面度要求的零部件，更应该控制焊接变形。引起焊接变形的主要原因是焊接过程中的热输入不均匀引起焊接残余应力。影响焊接残余应力和变形的因素有两点：一是焊缝及其周围不均匀加热的范围和程度，即产生热变形的范围和程度；二是焊件本身的刚度及受到周围拘束的程度，即阻止焊缝及其周围加热所产生热变形的程度。由于此类焊缝均为关键焊缝，焊后需要进行磁粉探伤和超声波探伤，容易发现内部含有气孔、裂纹、夹渣、位熔合等缺陷，给返修带来不便，影响
焊接零部件质量稳定性，这些缺陷产生的主要原因有：焊前预热温度不合适，焊前打磨清理不干净，层间温度控制不够，焊接参数不合适等。中国专利申请CN102513713A公开了一种不锈钢复合金属板制压力容器壳体与插入式不锈钢接金属管的焊接方法，其包括如下步骤：a)、在不锈钢复合金属板制压力容器壳体上开设不锈钢接金属管的金属管孔，将金属管孔壁加工成K型或单V型的一次坡口；b)、在一次坡口面上用高铬镍不锈钢焊条堆焊一定厚度的过渡隔离层，形成二次坡口；c)、将堆焊后的不锈钢复合金属板制压力容器壳体进行消除应力热处理；d)、根据复合金属板上的不锈钢复层的材质用同材质的不锈钢焊条焊接不锈钢接金属管与不锈钢复合金属板堆焊层间的角接接头。由于先在不锈钢复合金属板基层侧的一次坡口上用高铬镍焊条堆焊一定厚度的过渡隔离层，然后用不锈钢焊条焊接角接接头，将碳钢或低合金钢成分过渡为不锈钢成分，焊缝塑性由小到大的过渡，避免了裂纹的发生，使用性能可靠。然而该种焊接只是针对异种钢或不锈钢壳体与不锈钢接金属管之间的焊接，同时还要在不锈钢壳体开设的K型或V型坡口上堆焊过渡熔敷隔离层，再进行管板的焊接，由于增加了过渡层，导致应力不均匀，容易产生裂纹，必须通过热处理消除焊接残余应力，工艺施工难度较大，更重要的是无法彻底根除异种材料焊接产生裂纹的隐患，只适用于金属板厚较薄的壳体与接金属管的焊接，对10—25mm的中厚金属板碳钢材质的管板焊接并不适用。
技术实现思路
为实现管板角接的K型坡口焊接，并具有良好的焊接外观效果(重点保
证金属管子与金属板的垂直度及金属管子端部与金属板子的平面度)及内部质量(无裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合)，本专利技术旨在提供一种管板角接接头辅助焊接装置及焊接方法，该焊接方法首先要解决的问题是如何控制中厚金属板厚度的管板角接接头K型坡口焊接变形，从而可以控制焊接变形，拥有良好焊缝外观及内部质量，以适用于类似轨道交通等领域类似零部件的焊接。进一步要解决的问题是如何减少焊接时的翻面次数，进而降低劳动强度，提高工作效率。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种管板角接接头辅助焊接装置，包括金属板和金属管，其结构特点是，还包括工艺筋；所述金属板上开有供金属管端部穿过的孔，该孔的侧壁均为K型坡口；所述金属管的端部穿过金属板上的孔，且金属管的端面与金属板的正面共面；所述工艺筋固定在金属板的正面，且与金属管的端面接触；所述金属管的外壁与金属板的孔壁之间具有间隙。本专利技术的辅助焊接装置可以使中厚金属板与金属管的角接焊接质量得到了控制，焊缝经磁粉探伤和超声波探伤达到了EN 15085《轨道车辆及其部件的焊接》中CPB级焊缝质量要求，焊接变形得到了很好的控制。本专利技术所述的金属管的端面与金属板的正面共面是指在肉眼看来为一个平面，金属管端面与金属板近似在同一平面上，避免了校正等工序，提高了工作效率。根据本专利技术的实施例，还可以对本专利技术作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：优选地，所述金属管为金属圆管，金属板上开圆孔；优选金属管外壁与
金属板的圆孔内壁之间的环形间隙为2mm-3mm；优选K型坡口为环状K型对称坡口。优选地，所述工艺筋有两条；优选工艺筋的长度大于金属板孔的最大径向尺寸至少100mm；更优选工艺筋的长度大于金属板孔的最大径向尺寸100mm-150mm。在本专利技术中，所述金属板厚t1为10mm-25mm，金属管壁厚t2为10mm—50mm。优选地，所述K型坡口的正反面坡口角度α均为45°—50°。为了方便分段焊接，所述K型坡口的根部具有钝边；优选该钝边的长度c为1mm-2mm。一种管板角接接头焊接方法，其包括如下步骤：S1、在金属板上开孔，并在孔内壁上加工K型坡口；S2、将金属板的正面通过工艺筋垫起，并固定金属板和工艺筋；S3、将金属管穿过金属板的孔，在金属管外壁与孔内壁之间设有间隙，且保证金属管端面与金属板的正面共面；S4、固定工艺筋和金属管，在金属管与金属板接触的外侧部分的V型坡口处点焊多段打底焊缝，并预热金属管与金属板接触的内侧部分的V型坡口以及周边母材；优选打底焊缝为三段，每段长度为15mm—20mm；S5、对金属板的孔内侧K型坡口根部焊道打底焊接，使根部焊道熔透后，部分焊缝金属透过金属管与金属板接触的外侧部分的V型坡口，完成打底焊接；S6、打底焊接后，清理焊缝表面的氧化皮，再进行填充层的焊接，焊至
K型坡口深度的至少一半时，翻面去掉工艺筋，并对K型坡口的外侧V型坡口根部进行清根；S7、清根完成后，对K型坡口的外侧V型坡口处焊缝及周边进行预热，再进行外侧多层多道焊接，直至外侧焊缝全部填满，最后完成K型坡口内侧剩余深度的焊接。由此，内侧焊缝焊接时会产生向内侧弯曲的焊接变形，外侧焊接时会产生向外侧弯曲的焊接变形，两者相互抵消，从而控制焊接变形，拥有良好焊缝外观及内部质量。所述K型坡口为圆环状；优选K型坡口的正反面坡口角度α均为45°—50°。步骤S6中，焊至K型坡口深度的2/3—4/5时，翻面去掉工艺筋，步骤S7中，K型坡口内侧剩余深度为K型坡口深度的1/5—1/3。焊接方式为MAG焊，保护气为含CO2的富氩保护气；优选Ar和CO2的体积分数之比为(80％—90％)：(10％—20％)；优选MAG焊的焊丝为实心焊丝，直径为1.2mm—1.6mm，气体流量为15L/min—20L/min，焊接电流为180-240A，焊接电压为28-32V，焊接速度为250mm/min—350mm/min，层间温度为50-100℃，步骤S4、S7中，预热温度为150℃-200℃。本专利技术采用上述对称K型坡口焊接工艺焊接类似管板结构，可以使中厚金属板与金属圆管的角接焊接质量得到了控制，焊缝经磁粉探伤和超声波探伤达到了EN 15085《轨道车辆及其部件的焊接》中CPB级焊缝质量要求，焊接变形得到了很好的控制，金属圆管端部与钢板近似在同一平面上，避免了校正等工序，提高了工作效率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用上述方法6KJ/cm—13KJ/cm热输入焊接完成的管板角接焊缝，金属圆管端部与钢板基本在同一平面，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种管板角接接头辅助焊接装置，包括金属板（1）和金属管（2），其特征在于，还包括工艺筋（3）；所述金属板（1）上开有供金属管（2）端部穿过的孔，该孔的侧壁均为K型坡口（4）；所述金属管（2）的端部穿过金属板（1）上的孔，且金属管（2）的端面与金属板（1）的正面（A）共面；所述工艺筋（3）固定在金属板（1）的正面（A），且与金属管（2）的端面接触；所述金属管（2）的外壁与金属板的孔壁之间具有间隙。
【技术特征摘要】
1.一种管板角接接头辅助焊接装置，包括金属板（1）和金属管（2），其特征在于，还包括工艺筋（3）；所述金属板（1）上开有供金属管（2）端部穿过的孔，该孔的侧壁均为K型坡口（4）；所述金属管（2）的端部穿过金属板（1）上的孔，且金属管（2）的端面与金属板（1）的正面（A）共面；所述工艺筋（3）固定在金属板（1）的正面（A），且与金属管（2）的端面接触；所述金属管（2）的外壁与金属板的孔壁之间具有间隙。2.根据权利要求1所述的管板角接接头辅助焊接装置，其特征在于，所述金属管（2）为金属圆管，金属板（1）上开圆孔；优选金属管（2）外壁与金属板的圆孔内壁之间的环形间隙为2mm-3mm；优选K型坡口（4）为环状K型对称坡口。3.根据权利要求1所述的管板角接接头辅助焊接装置，其特征在于，所述工艺筋（3）有两条；优选工艺筋的长度大于金属板（1）孔的最大径向尺寸至少100mm；更优选工艺筋的长度大于金属板（1）孔的最大径向尺寸100mm-150mm。4.根据权利要求1-3之一所述的管板角接接头辅助焊接装置，其特征在于，所述金属板（1）厚10mm-25mm，金属管（2）壁厚10mm-50mm。5.根据权利要求1-3之一所述的管板角接接头辅助焊接装置，其特征在于，所述K型坡口（4）的正反面坡口角度α均为45°—50°。6.根据权利要求1-3之一所述的管板角接接头辅助焊接装置，其特征在于，所述K型坡口（4）的根部（5）具有钝边；优选该钝边的长度c为1mm-2mm。7.一种管板角接接头焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在金属板（1）上开孔，并在孔内壁上加工K型坡口（4）；S2、将金属板（1）的正面通过工艺筋（3）垫起，并固定金属板（1）和工艺筋（3）；S3、将金属管（2）穿过金属板（1）的孔，在金属管...
【专利技术属性】
技术研发人员：尉法兵，黄志，刘颖，
申请(专利权)人：通号轨道车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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