一種提高雙面焊焊接效率的新方法
【技術領域】
[0001]本發明焊接工程領域，具體涉及一種提高雙面焊焊接效率的新方法。
【背景技術】
[0002]對小于6_板厚的薄板結構的焊接，如果整體采用單面焊雙面成型的焊接工藝方法理論上會造成較大的焊接變形，而且火工校正困難。目前，在小于6mm板厚的結構中，其對接焊縫全部都是采用V型坡口雙面對稱焊接的方式進行施工。根據實際焊接效果來看，這種工藝方法主要存在如下問題:
[0003]1、有些產品不得不需要在野外施工作業時，生產條件較差，沒有大型的起重設備配合其結構的返身，背面焊縫的焊接工作較難實現；
[0004]2、有些產品不得不需要在野外施工作業時，由于受施工條件及場地的限制，造成仰焊位置空間狹窄，仰焊操作困難，對焊縫質量難以保證；
[0005]3、存在繁重的仰焊位置焊縫，大大增加了工人的勞動強度及操作難度；
[0006]4、正面焊縫焊完后，背面焊縫還需要采用碳弧氣刨進行清根，砂輪機打磨清潔后才能實施焊接，增加了多個工種的工時，還增加了一倍多的焊接工作量，生產效率低。
[0007]而常規工藝上一直沒有提供耐候鋼陶質襯墊單面焊雙面成型的技術支持，也沒有明確此工藝方法的使用指導。
【發明內容】
[0008]鋼材的碳當量越高，淬硬傾向越大，鋼材的焊接性越差，特別是對于高強度耐候鋼，碳當量較高，焊接熱影響區存在一定的淬硬和冷裂傾向。現有的單面焊雙面成型技術進行焊接時，需要在鋼板的正面采用較大的電流施焊，以使焊縫背面強迫成形，但因采用大線能量焊接常導致焊接焊縫出現脆化。
[0009]因此，在實際生產過程中，無法采用單面焊雙面成型技術對高強度耐候鋼進行加工。為克服上述問題，本發明研究了單面焊雙面成型技術的工藝參數對堆焊金屬的顯微組織與宏觀力學性能的影響。結果表明，基體板材的種類、成型方法的不同，藥芯焊絲的配方和焊接工藝參數變化很大，因此，本發明根據高強度耐候鋼、單面焊雙面成型的特點改進工藝，開發出了專用于焊接高強度耐候鋼的藥芯焊絲合金粉末和富氬氣體保護焊焊接工藝，有效避免高強度耐候鋼雙面成型過程中裂紋和淬硬現象的產生，提高了堆焊金屬的高溫硬度、耐磨性能，并使其具有良好的韌性和抗裂性能。
[0010]本發明的目的是為了解決上述技術方案中的不足，而提供一種提高雙面焊焊接效率的新方法，避免了高強度耐候鋼結構的焊接制造中由于結構返身及背面焊縫焊接時帶來的繁重工作，從而降低工人的勞動強度及操作難度，提高生產效率；同時又保證了整體焊接質量。
[0011]本發明的技術方案如下:
[0012]—種提高雙面焊焊接效率的新方法，它包括以下步驟:
[0013](I)對接板坡口處理:在厚度小于5.8mm的兩張對接高強度耐候鋼板上采用機械刨邊方式加工焊接坡口，坡口角度為24。?28。，直接形成坡角，不留鈍邊；然后進行認真細致地打磨，焊接坡口內部及其兩側各35?45_范圍內，要嚴格清除氧化皮、鐵銹、熔渣、油漆、油污、泥灰、水漬等臟物，直至坡口及其兩側表面露出金屬光澤；
[0014](2)板安裝和點焊固定:將板采用V型坡口平對接安裝，坡口間隙3.5?4.5_，然后將中間開孔的加強肋安裝坡口背面，再對坡口內進行點焊固定；加強肋可以采用厚度為5.6-5.8mm,寬度為72_76mm，長度為280_290mm的耐候鋼板；
[0015](3)加裝陶質襯墊:在坡口背面粘貼陶質襯墊，陶質襯墊的中心線對準坡口的中心處；
[0016](4)烘烤去潮:對坡口及其兩側35?45mm范圍內烘烤去潮，來提高焊接質量；
[0017](5)坡口焊接:包括第一層打底焊和第二層蓋面焊，所述的第一層打底焊和第二層蓋面焊均是以Ar和CO2為保護氣體，控制其流量18?20L/min，采用350A-380A的焊接電流，35V-38V的焊接電壓，焊絲干伸長度為18?20mm，18?35m/h的焊接速度對坡口進行焊接；保護氣體二氧化碳氣和氬氣的混合氣體，二者的體積比為0.5-1:8，純度應不小于99.50%。
[0018]所述打底焊和蓋面焊采用的焊絲為藥芯焊絲，所述藥芯焊絲的配方以質量份計如下:電解錳4-8，45#硅鐵2-6，鈦鐵1-4，金屬鉻20-35，高碳鉻鐵20-30，石墨0-5，釩鐵2-6，鉬鐵12-18，鎢粉2-4，鎳粉4-8，氮化鋁1_2，氮化鈦2_6，鉀長石1_2，氟硅酸鈉1_4，大理石20-75，螢石20-25，鈦白粉1-3，石英2-5，云母2-5。
[0019]—般認為，增強材料表面強度和改善耐磨性的有效途徑是提供材料的表面硬度和強韌性，較為理想的組織結構為堅韌、連續的基體上均勻分布高熔點、高硬度、穩定性好的質點。本發明研究后發現:氮與碳均為間隙溶質原子，都能形成彌散分布的第二相質點，并且氮對富氬氣體保護焊焊接性影響較小，在焊接過程中不會出現裂紋。因此，利用氮代替堆焊合金中的部分碳，并采用強固氮元素T1、Al進行合金化的方法，改善堆焊合金的韌性、抗裂性的同時，提高堆焊合金的硬度，增加耐磨性能。
[0020]藥皮各組分的作用是:
[0021]螢石:造渣和除氫，實現低氫型焊條，充分保證機械性能。
[0022]大理石:造氣和造渣，對焊縫起到氣渣聯合保護作用。
[0023]大理石與螢石的配比很重要:大理石與螢石之比大于I時，電弧穩定，噴力大，飛濺少。但當大理石與螢石之比大于3時，焊縫有粘渣出現，脫渣不良，熔渣呈玻璃狀，質地堅硬，甚至由于去除氫的作用不足而使焊縫表面有氣孔。因此，二者的質量分數分別為:大理石 20-75，螢石 20-25 ο
[0024]鈦白粉:低氫型焊條中加入少量鈦白粉，使藥皮具有良好的塑性，以改善焊條壓涂性能和焊接工藝性能。
[0025]錯英石:改善焊接工藝性能。
[0026]鉀長石:造渣與穩弧。
[0027]氟硅酸鈉:造渣與穩弧。
[0028]錳鐵:排除焊縫中的氧，增加堆焊層金屬的強度和硬度。
[0029]鈦鐵:固氮合金，同時具有脫氧作用；在堆焊合金中防止氮氣孔形成的同時形成硬質耐磨相。
[0030]釩鐵:固氮合金，在堆焊合金中防止氮氣孔形成的同時形成硬質耐磨相。
[0031]氮化鋁向堆焊合金中過渡氮元素，提高堆焊合金的以及降低熱膨脹系數。
[0032]氮化鈦與氮化鋁協同配合平衡堆焊合金中的氮元素，提高堆焊合金的導電性和超導性，提尚焊接效率。
[0033]氮化鋁和氮化鈦的配比很重要:氮化鋁和氮化鈦總質量分數小于3時，有時由于無法獲得良好的初期磨合性，因此堆焊金屬耐擦傷性不良。氮化鋁和氮化鈦總質量分數大于3時，堆焊金屬導熱性，耐熱性、耐腐蝕性良好，堆焊金屬的韌性、塑性和抗疲勞性能顯著提高。但當氮化鋁和氮化鈦總質量分數大于8時，可能會使噴涂被膜的維氏硬度降低、耐磨耗性下降。已確認了下述結果:使氮化鋁和氮化鈦總質量份數分別在3重量份以上且8重量份以下的范圍時，可獲得良好的初期磨合性、耐擦傷性及耐磨耗性。
[0034]本發明利用氮代替部分碳，采用強固氮元素T1、V合金化的方法，改善堆焊合金的韌性、抗裂性的同時，提高硬度，增加耐磨性能。實際應用結果表明，該焊條堆焊工藝性能良好，抗焊接裂紋性能高，堆焊層平均硬度HRC50-60，耐磨性為Q235碳鋼的10-20倍，并具有抗氣孔能力強以及合金化均勻程度好等優點。
[0035]所述加強肋上的開孔為半徑50?60mm的半圓孔。加強肋上開孔的目的是便于陶質襯墊粘貼時能順利通過焊縫坡口背面。
[0036]所述打底焊和蓋面焊均采用右向焊法。
[0037]所述打底焊和蓋面焊形成的焊縫傾角為-5?5°，焊縫轉角為80?100°。
[0038]所述陶質襯墊采用JN-404型。
[0039]本發明的有益效果:
[0040]1、把襯墊放在鋼板和工件所規定的形狀和尺寸的坡口背面，從正面焊，既能雙面一次成形，背面焊縫成型飽滿，焊跡整齊，極大的改善了焊工工作條件，提高了效率。
[0041]2.采用本發明后，對高強度耐候鋼薄鋼板的焊接，只需正面2層焊縫就能很好的完成了結構的對接焊縫，無需返身背面焊接，可減少結構返身時所需的起重設備配合及結構返身時所需的工時，有效的減少了焊接的工作量，大大降低了工人的勞動強度及施工難度，降低了成本，提高了生產效率。
[0042]3.采用本發明的方法焊縫的正面及背面成型良好，通過對焊接工藝參數的控制，焊縫變形量也得到了有效控制，焊縫的力學性能優良，完全滿足相關標準及規范的要求。
[0043]4.采用本發明的方法能既減少了焊縫數量，又避免仰焊位置的操作，有效的解決了繁重的仰焊工作任務，只需在平焊位置施焊就能達到雙面成型的效果，焊接操作簡單，焊工容易掌握。
[0044]5.本發明主要用于造船、車箱制造、容器制造、建筑加固等領域的薄鋼板結構的焊接工作中。
【附圖說明】
[0045]圖1是采用本發明焊接部位的結構示意圖。
[0046]附圖標記:陶瓷襯墊I，坡口 2，板3。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖對本發明進行進一步說明。
[0048]實施例1:高強度耐候鋼板(厚度=3.8mm)藥芯焊絲陶質襯墊單面焊雙面成型平對接焊。
[0049]焊接條件:
[0050](I)平對接的焊接要求:焊縫傾角為0°，偏差±5°，焊縫轉角為90°，偏差±10° ;
[0051](2)焊接設備為:WSE_250型氬弧焊機；
[0052](3)焊絲為:藥芯焊絲，Φ1.0mm ;組成藥芯焊絲的合金粉末配方以質量份計如下:電解錳8，45#硅鐵6，鈦鐵4，金屬鉻35，高碳鉻鐵30，石墨5，釩鐵6，鉬鐵18，鎢粉4，鎳粉8，氮化鋁2，氮化鈦6，鉀長石2，氟硅酸鈉4，大理石25，螢石15，鈦白粉1_3，石英5，云母5 ；，
[0053](4)陶質襯墊為:浙江象山牌JN-404-2型襯墊；
[0054](5)保護氣體為:二氧化碳氣和氬氣的混合氣體，二者的體積比為0.5:8，純度為不小于99.50% ；
[0055](6)焊接參數為:所述的第一層打底焊和第二層蓋面焊均是以Ar和0)2為保護氣體，控制其流量18?20L/min，采用350A-380A的焊接電流，35V-38V的焊接電壓，焊絲干伸長度為18?20mm，18?35m/h的焊接速度對坡口進行焊接。保護氣體二氧化碳氣和氬氣的混合氣體，二者的體積比為0.5-1:8，純度應不小于99.50%。焊接步驟:
[0056](I)對接板坡口處理:在兩張對接高強度耐候鋼板(厚度=3.8mm)上采用機械刨邊方式加工焊接坡口，坡口角度為24。?28。，不留鈍邊；然后進行認真細致地打磨，焊接坡口內部及其兩側各35?45mm范圍內，要嚴格清除氧化皮、鐵銹、恪渣、油漆、油污、泥灰、水漬等臟物，直至坡口及其兩側表面露出金屬光澤。
[0057](2)板安裝和點焊固定:將兩張高強度耐候鋼板采用V型坡口平對接安裝，坡口間隙3.5?4.5_，然后將中間開孔的加強肋橫向安裝坡口背面，再對