本发明专利技术公开了一种摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法，先将金属厚板工件拼装成坡口间隙8～16mm、根部间隙4～8mm、钝边厚度0～2mm的平位置待焊U形坡口，并在坡口背面设置带有成形槽的衬垫；根据板厚和焊接层次选择保护气体充入方式，分别设定打底焊、填充焊及盖面焊的电弧摇动频率、电弧摇动幅值、电弧在侧壁停留时间、平均焊接电流、平均电弧电压为和焊接速度；在焊缝背面衬垫的支撑下，实现摇动电弧窄间隙单面焊双面成形自动焊接。本发明专利技术坡口形式简单易加工、工艺适用性强、焊接效率高、焊缝成形美观、焊接接头性能好、实施成本低、实用性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接
，具体是涉及。
技术介绍
单面焊双面成形工艺是一种只需在工件一侧施焊、正反两面同时成形的焊接方法，现已被广泛应用于船舶与海洋工程、锅炉压力容器、重型机械等制造领域。目前，多数单面焊双面成形工艺通常是采用现有电弧焊接方法，并利用焊接坡口背面成形衬垫对熔池的支撑作用，实现对工件坡口的打底焊、填充焊与盖面焊。采用该工艺可省去工件翻转工序，且无需进行背面焊缝清根与再补焊，特别适合焊接一些翻转困难的大型及重型构件、反面焊缝不可达的箱型或管状构件。传统的单面焊双面成形工艺焊接热输入大且需开；大角度坡口，如专利号为“ZL200610122611.9”、名称为“C02气体保护单面焊双面成形焊接工艺”的专利技术专利即属于此类工艺，其焊接电流420?540A、焊接电压43?50V、焊接速度30?48cm/min，平均热输入35KJ/cm左右；厚板(工件板厚大于30mm)焊接时，V形坡口角度将达到60?70°，坡口填充量增加，焊接效率降低。因此，无法胜任厚板高强钢(板厚大于30_，屈服强度大于460Mpa)的高效高质量焊接要求。针对厚板单面焊双面成形，国内外现有的窄间隙熔化极电弧焊接方法施焊时，工艺繁琐，设备复杂。专利号为“ZL200610117342.7”、名称为“管壳式热交换器管板与半球形封头单面焊窄间隙焊接工艺”即属于此类技术，其适用板厚为78?280mm，主焊缝坡口角度0.9?18°、宽度28?34mm，坡口底层采用笔式手工氩弧焊接工艺(焊接电流150?180A)、过渡焊接采用焊条电弧焊(焊接电流90?220A)、主焊缝采用窄间隙埋弧自动焊(焊接电流550?650A、焊接电压30?34V、焊接速度40?50cm/min)。该技术从坡口底层到主要焊缝需设置过渡层，坡口内壁需喷涂防飞溅材料，同时需变更焊接方法，只能用于热交换器管板与半球形封头的焊接，其工艺复杂、适用范围窄、工程实用难度大，且主要焊缝焊接热输入大，无法适应大型化与重型化装备制造业对厚板高强钢的高效低成本焊接需求。窄间隙气体保护电弧焊是一种高质量、高效率、低成本的焊接工艺，其焊接热输入小、接头性能优越、工艺适应性强、应用范围广泛，特别适用于厚板高强钢焊接。针对如何提高窄间隙坡口两侧壁的熔透能力，国内外科学家先后开发出具有代表性的窄间隙气体保护电弧焊工艺，如麻花焊丝焊接法、蛇形焊丝焊接法、高速旋转电弧焊接法、超窄间隙焊接法等，但由于存在焊丝制造成本大且可控性差、焊接结构复杂等诸多因素，目前这些方法仍没能很好的实现工程化应用。专利技术专利号为“ZL201110201702.2 ”名称为“摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法”，公开了一种针对金属厚板I型立向坡口的窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法，通过选择气体保护方式，设定电弧摇动频率、电弧摇动幅值、电弧在侧壁停留时间、脉冲焊接平均电弧电流、平均电弧电压、焊接速度、焊丝干伸长，并选配合适折弯角度的折弯型导电杆，在焊缝自由成形状态下，以每层单道多层施焊方式实现摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向自动焊接。该专利技术专利的不足之处是:单纯利用公开的电弧摇动参数及其配合使用的电弧能量参数无法实现U形坡口的厚板高强钢(厚度大于20mm，屈服强度大于400MPa)的平位置焊接，同时未分别具体给出厚板打底焊、填充焊与盖面焊的参数选用原贝U，也未涉及厚板平位置单面焊双面成形的技术方案，难以满足工程化的高强钢厚板构件高效高质量实际生产需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述目前单面焊双面成形工艺存在的难以满足厚板高强钢焊接需要，克服焊接效率低、焊接设备昂贵的问题和缺陷，利用摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法在厚板高强钢构件制造方面的优势，提出一种实施成本低、适用性好、焊接效率高的摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法。为了达到上述目的，本专利技术提出的摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法的技术方案是:将摇动电弧窄间隙焊炬放于平位置待焊工件坡口中心的正上方，电弧在馈电及驱动控制部件的带动下作相对于焊炬的对称往复式圆弧形摇动，该方法包括如下具体步骤:1、焊前准备:在待焊金属厚板工件上开设坡口间隙为8?16mm、根部间隙为4?8mm、钝边厚度O?2mm的平位置U形坡口，并在U形坡口背面设置成形槽宽度为8?14mm的衬垫；2、焊中参数设定及施焊:①打底焊工艺参数设定。根据步骤I设定的根部间隙和钝边厚度大小，设定打底焊电弧摇动参数及其配套能量参数，具体范围是:电弧摇动频率0.5?2.0Hz、电弧摇动幅值35?90。、电弧在侧壁停留时间I?200ms、平均焊接电流160?220A、平均电弧电压20?26V、焊接速度7?13.5cm/min ；②U形坡口根部打底焊接。将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口的正后方，并将保护气体充入U形坡口内，在U形坡口背面衬垫的支撑下，按照步骤①中设定的打底焊电弧摇动参数及其配套能量参数进行打底焊接；③U形坡口中部填充焊接。根据步骤I设定的U形坡口间隙设定焊接电弧摇动参数及电弧能量参数为:电弧摇动频率2.1?3.5Hz、电弧摇动幅值50?180°、电弧在侧壁停留时间40?99ms、平均焊接电流260?330A、平均电弧电压26.5?3IV，将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口的正前方或正后方，并将保护气体充入U形坡口内，使焊炬整体以焊接速度20?26cm/min向前移动，完成填充焊接；④U形坡口顶部盖面焊接。根据步骤I设定的U形坡口间隙设定焊接电弧摇动参数及电弧能量参数为:电弧摇动频率0.5?2.0Hz、电弧摇动幅值30?59°、电弧在侧壁停留时间I?99ms、平均焊接电流240?280A、平均电弧电压26.5?30V，将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口的正前方或正后方，并将保护气体充入U形坡口内，使焊炬整体以焊接速度15.5?24cm/min向前移动，形成完整的摇动电弧窄间隙单面焊双面成形平焊接头。其中，步骤I所述坡口间隙以及步骤2施焊时所述保护气体充入方式的设定方法是，当工件板厚T ( 30mm时，坡口间隙为8?12mm，并采用套筒形喷嘴向U形坡口内充入保护气体；当工件板厚T > 30mm时，坡口间隙为12?16mm，并且打底焊时采用伸入型扁平喷嘴向U形坡口内充入保护气体，中部填充焊及顶部盖面焊时采用套筒形喷嘴向U形坡口内充入保护气体。步骤I所述的根部间隙与所述的U形坡口背面设置成形槽的宽度选配关系为:当根部间隙为4?6.5mm时,选配成形槽宽度为8?IOmm的衬垫；当根部间隙大于6.5mm时，选配成形槽宽度为12?14_的衬垫。上述所述的根部间隙优选为6?7.5mm,所述的钝边厚度优选为0.5?1.5mm ;所述的打底焊电弧摇动参数及电弧能量参数的优选范围是:电弧摇动频率1.0?1.8Hz、电弧摇动幅值60?85°、电弧在侧壁停留时间30?150ms、平均焊接电流170?200A、平均电弧电压21?24V、焊接速度8?11.5cm/min。上述所述的保护气体可以采用惰性气体(主要是Ar或He)或是活性气体(主要是 CO2 或 C02+Ar)。与现有技术相比，本专利技术所述的一种摇动电弧窄间隙单面焊双面成形焊接方法具有以下优点:(I)选配不同的折弯导电杆，调节电弧的摇本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法，其特征在于包括如下具体步骤：(1)焊前准备：在待焊金属厚板工件上开设坡口间隙(G)为8～16mm、根部间隙(g)为4～8mm、钝边厚度(t1)为0～2mm的平位置U形坡口(7)，并在U形坡口(7)背面设置成形槽(10)宽度为8～14mm的衬垫(9)；(2)焊中参数设定及施焊：①打底焊工艺参数设定，根据步骤(1)设定的根部间隙(g)和钝边厚度(t1)大小，设定打底焊电弧摇动参数及其配套能量参数，具体范围是：电弧摇动频率0.5～2.0Hz、电弧摇动幅值35～90°、电弧在侧壁停留时间1～200ms、平均焊接电流160～220A、平均电弧电压20～26V、焊接速度(Vw)7～13.5cm/min；②U形坡口(7)根部打底焊接，将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口(7)的正后方，并将保护气体(6)充入U形坡口(7)内，在U形坡口(7)背面衬垫(9)的支撑下，按照步骤①中设定的打底焊电弧摇动参数及其配套能量参数进行打底焊接；③U形坡口(7)中部填充焊接，根据步骤(1)设定的U形坡口间隙(G)设定焊接电弧摇动参数及电弧能量参数为：电弧摇动频率2.1～3.5Hz、电弧摇动幅值50～180°、电弧在侧壁停留时间40～99ms、平均焊接电流260～330A、平均电弧电压26.5～31V，将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口(7)的正前方或正后方，继续将保护气体(6)充入U形坡口(7)内，使焊炬整体以焊接速度(Vw)20～26cm/min向前移动，完成填充焊接；④U形坡口(7)顶部盖面焊接，根据步骤(1)设定的U形坡口间隙(G)设定焊接电弧摇动参数及电弧能量参数为：电弧摇动频率0.5～2.0Hz、电弧摇动幅值30～59°、电弧在侧壁停留时间1～99ms、平均焊接电流240～280A、平均电弧电压26.5～30V，将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口(7)的正前方或正后方，继续将保护气体(6)充入U形坡口(7)内，使焊炬整体以焊接速度(Vw)15.5～24cm/min向前移动，形成完整的摇动电弧窄间隙单面焊双面成形平焊接头。...
【技术特征摘要】
1.一种摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法，其特征在于包括如下具体步骤: (1)焊前准备:在待焊金属厚板工件上开设坡口间隙(G)为8~16_、根部间隙(g)为.4~8mm、钝边厚度U1)为O~2mm的平位置U形坡口(7)，并在U形坡口(7)背面设置成形槽(10)宽度为8~14mm的衬垫(9)； (2)焊中参数设定及 施焊: ①打底焊工艺参数设定，根据步骤(1)设定的根部间隙(g)和钝边厚度U1)大小，设定打底焊电弧摇动参数及其配套能量参数，具体范围是:电弧摇动频率0.5~2.0Hz、电弧摇动幅值35~90°、电弧在侧壁停留时间I~200ms、平均焊接电流160~220A、平均电弧电压20~26V、焊接速度(Vw) 7~13.5cm/min ； ②U形坡口(7)根部打底焊接，将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口(7)的正后方，并将保护气体(6)充入U形坡口(7)内，在U形坡口(7)背面衬垫(9)的支撑下，按照步骤①中设定的打底焊电弧摇动参数及其配套能量参数进行打底焊接； ③U形坡口(7)中部填充焊接，根据步骤(1)设定的U形坡口间隙(G)设定焊接电弧摇动参数及电弧能量参数为:电弧摇动频率2.1~3.5Hz、电弧摇动幅值50~180°、电弧在侧壁停留时间40~99ms、平均焊接电流260~330A、平均电弧电压26.5~3IV，将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口(7)的正前方或正后方，继续将保护气体(6)充入U形坡口(7)内，使焊炬整体以焊接速度(Vw) 20~26cm/min向前移动，完成填充焊接； ④U形坡口(7)顶部盖面焊接，根据步骤(1)设定的U形坡口间隙(G)设定焊接电弧摇动参数及电弧能量参数为:电弧摇动频率0.5~2.0Hz、电弧摇动幅值30~59°、电弧在侧壁停留时间I~99ms、平均焊接电流240~280A、平均电弧电压26.5~30V，将折弯导电杆弯向平位置待焊U形坡口(7)的正前方或正后方，继续将保护气体(6)充入U形坡口(7)内，使焊炬整体以焊接速度(Vw...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱杰，杨茂森，王加友，马敏，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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