專利名稱：高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板垂直焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板的焊接，特別是一種高強(qiáng)度超厚(大于30mm)船用結(jié)構(gòu)鋼板垂直焊接方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)對焊接板厚大于30mm的高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼垂直對接焊，均采用CO2半自動單面焊接方法。為確保焊縫的內(nèi)在質(zhì)量，焊接坡口為40°。這種焊接方法操作時人為因素較大，隨著板厚增加，焊接的層數(shù)、道數(shù)相應(yīng)成倍增加。在各層、道之間易產(chǎn)生夾渣、氣孔、未焊透等焊接缺陷。如焊后通過射線檢驗發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，對缺陷修補(bǔ)存在很大困難，難保質(zhì)量。另外坡口角度的大小直接關(guān)系到填充金屬量和工時的消耗。如焊接工作在艙室內(nèi)，由于該鋼種焊前需預(yù)熱到120～150℃。焊工勞動強(qiáng)度大大增加，很難保證一次焊接成型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的困難，提供一種高強(qiáng)度超厚船用結(jié)構(gòu)鋼板垂直焊接方法，目的在于提高焊接過程的機(jī)械自動化程度，實現(xiàn)不間斷地連續(xù)焊接，提高焊接效率；避免人為因素的影響，提高一次焊接成功率；減輕焊接工人的勞動強(qiáng)度；減少焊接材料的消耗量和工時消耗量；提高勞動生產(chǎn)率和安全性，減少焊接的收縮量和變形值。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板垂直焊接方法，其特征在于所焊接的兩鋼板對接縫的坡口為32°，將CO2半自動焊槍夾固在一焊接輔助小車的焊槍支架上，該焊接輔助小車安裝在焊縫旁固定的一條齒輪軌道上，焊接過程中，該焊接輔助小車在沿齒輪軌道上由下向上定向運動的同時，驅(qū)動焊槍擺動控制模塊控制送絲機(jī)構(gòu)自動送絲并在CO2氣保護(hù)下進(jìn)行自動焊接。
所述的高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板垂直焊接方法，包括下列步驟①.鋼板對接縫的邊緣制成斜坡，斜度為16°，兩鋼板對接縫的坡口為32°；②.安裝齒輪軌道，在對接縫旁離焊接坡口邊緣一定距離畫一條平行直線，沿該平行直線固定一條齒輪軌道，并清潔軌道槽口；③.安裝襯墊，清除焊縫中心線反面兩側(cè)各一定范圍內(nèi)的馬腳、焊縫余高等障礙物并磨平后，在焊縫引出端必須安裝兩塊扁鐵，組成與焊接坡口形狀、間隙相同的V形坡口熄弧板，將可撓曲的陶瓷襯墊的凹槽中心線對準(zhǔn)焊縫中心線，并粘貼在坡口背面。在襯墊背面安置一條扁鐵，該扁鐵必須安裝至熄弧板端頭，當(dāng)襯墊通過構(gòu)架開口處時，在構(gòu)架開口處利用木楔固定襯墊，其他位置用磁鐵夾具固定襯墊；④.安裝焊接輔助小車，將焊接輔助小車安裝在齒輪軌道上，將CO2半自動焊的焊槍固定在該輔助小車的焊槍支架上，使輔助小車沿軌道爬行一次，檢查焊槍中送出的焊絲是否對準(zhǔn)整條焊縫中心線，如有偏差，將軌道調(diào)整到位；⑤.焊前預(yù)熱，焊前必須將焊縫兩側(cè)預(yù)熱；⑥.焊接輔助小車工作參數(shù)調(diào)整設(shè)定，根據(jù)焊縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇并調(diào)整輔助小車控制模塊面板上各旋鈕；
⑦.選擇相應(yīng)的噴嘴和導(dǎo)電嘴；⑧.逐層焊接。
所述的焊前預(yù)熱采用電加熱，對焊縫兩側(cè)100mm范圍內(nèi)加熱到120～150℃，測溫點位于加熱的反面離焊縫一側(cè)50mm處。
所述的逐層焊接時要求①.底層焊接時，焊槍向下傾斜8°～10°；②.打底成形層，焊接電流為170～190A，電壓為23～25V；③.以后各層，焊接電流為230～250A，電壓為26～30V；④.打底各層的焊縫厚度控制在4～8mm；⑤.每層焊縫采用單道焊，只有當(dāng)焊縫寬度大于45mm時，才采用多道焊；⑥.打底最后一層的高度應(yīng)控制在離坡口表面1～1.5mm；⑦.蓋面層焊接時，焊槍向下傾斜4～5°；·輔助小車上升速度偏慢；·焊絲兩側(cè)停留時間要偏短；·橫向擺動速度要降低；⑧.焊接時各道焊縫必須焊出接頭終端15～25mm，形成一個階梯形；⑨.每道焊縫焊后必須徹底清除焊渣和缺陷后，才能焊接下一道焊縫；⑩.當(dāng)風(fēng)速超過2米/秒時，要安裝專用防風(fēng)裝置。
所述的噴嘴直徑應(yīng)根據(jù)每道焊縫的開口寬度不同選擇不同口徑的錐形噴嘴打底層時，選用Φ12的錐形噴嘴，并配用端面Φ4外徑的導(dǎo)電嘴，其他各道，盡量采用較大直徑的噴嘴，并相應(yīng)配用端面外徑Φ6導(dǎo)電嘴，但應(yīng)以噴嘴外側(cè)不碰坡口邊緣為前提。
所述焊接輔助小車工作參數(shù)，包括①.將模式選擇開關(guān)設(shè)置到預(yù)定的焊槍擺動模式處；②.根據(jù)各道焊縫的寬度調(diào)整寬度擺幅；③.調(diào)節(jié)方向控制鈕，將焊絲對準(zhǔn)焊縫中心和兩側(cè)點；④.調(diào)節(jié)左右停止旋鈕，設(shè)定左、右兩點停留時間；⑤.調(diào)整小車焊接速度控制旋鈕，按預(yù)設(shè)的速度調(diào)整，從數(shù)字顯示熒屏上顯示；⑥.將小車行走開關(guān)向上扳；⑦.根據(jù)預(yù)定的焊層厚度調(diào)節(jié)擺動速度旋鈕，焊層厚，擺速慢，焊層薄，擺速快；⑧.調(diào)整噴嘴端面與前焊層表面距離(15～25mm范圍)，焊接過程盡量不要調(diào)節(jié)；⑨.上述動作，預(yù)設(shè)確定到位后，最后扳動焊接接觸器，開始焊接。
本發(fā)明的技術(shù)效果1.本發(fā)明將兩鋼板對接縫的坡口由40°縮減為32°，每米焊縫的填充金屬減少2.4kg，大大減少了焊接材料的消耗量；2.采用將CO2半自動焊槍夾固在一焊接輔助小車的焊槍支架上，焊槍的運動和焊絲送絲機(jī)構(gòu)的擺動都由焊接輔助小車驅(qū)動和控制，克服了人工操作的缺點，避免了人為因素對焊接質(zhì)量的影響，大大提高了一次焊接的成功率；
3.隨著機(jī)械自動化程序的提高，焊接管理人員可遠(yuǎn)離焊槍操控，可不間斷地連續(xù)焊接，大大提高了焊接效率，大大減輕了焊接人員的勞動強(qiáng)度，也解決了艙室內(nèi)的焊接難度；4.試用證明，本發(fā)明減少了焊接的收縮量和變形值，有利于控制船體變形，有利于縮短船體建造周期。


圖1是焊接輔助小車擺動控制模塊示意圖。
圖2是焊接坡口示意圖。
圖3是焊絲擺動示意圖。
圖4是焊槍擺動模式。
圖中1-擺動幅度選擇鈕 2-擺動速度鈕 3-右停鈕4-左停鈕 5-方向控制鈕 6-行走開關(guān)鈕；7-行走速度鈕 8-模式選擇開關(guān)鈕 9-開始/停止鈕10-焊接接觸器11-數(shù)字顯示屏。
具體實施例方式本發(fā)明高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，主要用于板厚在30毫米以上的EH32-36鋼板垂直對接縫的焊接。
本發(fā)明高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，基本要點是所焊接的兩鋼板對接縫的坡口為32°，將CO2半自動焊槍夾固在一焊接輔助小車的焊槍支架上，該焊接輔助小車安裝在焊縫旁的一條齒輪軌道上，焊接過程中，該焊接輔助小車在沿該齒輪軌道由下向上定向移動的同時，驅(qū)動焊槍擺動控制模塊控制送絲機(jī)構(gòu)自動送絲，并在CO2氣體保護(hù)下進(jìn)行自動焊接。
現(xiàn)以高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼板EH36垂直對接縫的焊接為例，具體說明本發(fā)明垂直焊接方法的全過程。
焊接設(shè)備由CO2半自動焊機(jī)(焊接電流、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍等)和焊接輔助小車及道軌組成；焊接電源原則上輸出額定電流500A的CO2半自動焊機(jī)各種型號的電源均能使用。
送絲機(jī)構(gòu)在常用的送絲機(jī)構(gòu)上另安裝指針式電流表、電壓表。
焊槍使用滬東型的“CO2”焊槍，并將原焊槍的鵝頸直線段加長至70mm，以便焊接輔助小車的焊槍支架牢固夾住。
焊接輔助小車通過驅(qū)動器在齒輪軌道上移動。驅(qū)動器上裝有焊槍擺動控制模塊。
焊槍擺動控制模塊的面板的調(diào)節(jié)旋鈕如圖1所示。
焊接材料，焊接EH32、EH36高強(qiáng)度鋼必須采用3Y級CO2焊絲。焊絲采用TWE-711或SF-3的Φ1.2、Φ1.4焊絲。
本發(fā)明垂直焊接方法包括下列步驟①.鋼板對接縫的邊緣制成斜坡，斜度為16°，兩鋼板對接縫的坡口為32°②.安裝齒輪軌道，在對接縫旁離焊接坡口邊緣一定距離畫一條平行直線，沿該平行直線固定一齒輪軌道，并清潔軌道槽口；③.安裝襯墊，清除焊縫中心反面兩側(cè)各40mm范圍內(nèi)的馬腳，焊縫余高等障礙物產(chǎn)磨平后，在焊縫引出端安裝兩塊扁鐵，組成與焊接坡口形狀和間隙相同的V形坡口熄弧板，將可撓曲的陶瓷襯墊的凹槽中心線對準(zhǔn)焊縫中心線放置，并粘貼在坡口背面。在該襯墊背面安置一條扁鐵，該扁鐵必須安裝至熄弧板端頭，當(dāng)襯墊通過構(gòu)架開口處時，在構(gòu)架開口處利用本楔固定襯墊，其他位置用磁鐵夾具固定襯墊；④.安裝焊接輔助小車，將焊接輔助小車安裝在齒輪軌道上，將CO2半自動焊槍固定在該輔助小車的焊槍支架上；使輔助小車由下往上爬行一次，檢查焊槍中送出的焊絲是否對準(zhǔn)整條焊縫中心，如有偏差，將軌道調(diào)整到位；⑤.焊前預(yù)熱，焊前必須使焊縫兩側(cè)100mm范圍內(nèi)采用電加熱進(jìn)行預(yù)熱達(dá)到120-150℃，測溫點在電加熱反面離焊縫一側(cè)50mm處；⑥.焊接輔助小車工作參數(shù)調(diào)定焊接輔助小車作用，除小車行走控制焊接速度外，主要是調(diào)節(jié)焊槍在焊接坡口內(nèi)的各種運行動作，對每層的焊縫寬度、厚度、上升速度是通過調(diào)節(jié)控制模塊面板上的各種旋鈕進(jìn)行控制的(見圖1)。
1)焊槍左右方向控制旋鈕(5)是將支架上的焊槍中伸出的焊絲對準(zhǔn)焊縫間隙中心。
2)擺寬幅度旋鈕(1)是調(diào)節(jié)每層焊縫的寬度，焊前將焊絲調(diào)整至每層焊道與坡口的左右交界點，見圖4。擺動最大幅度為50mm。
3)擺動速度旋鈕(2)主要是調(diào)節(jié)焊絲在焊縫坡口內(nèi)的擺動速度，以控制每道焊縫的厚度。
4)停頓旋鈕(3、4)主要是調(diào)節(jié)焊絲運行至兩側(cè)時的焊絲停留時間，0-3秒可調(diào)。旋鈕(3)為右停，旋鈕(4)為左停。
5)小車行走開關(guān)(6)，向上為向上行走，向下為下行走。
6)小車行走速度控制旋鈕(7)，控制小車空車和焊接過程的焊接速度。
7)模塊控制開關(guān)(9)(開始/停止)8)焊槍橫向擺動模式選擇開關(guān)(8)根據(jù)焊縫坡口形狀和每道焊縫的寬度，以及上升速度的不同要求，焊槍在坡口內(nèi)有4種不同形式的擺動模式可供選擇，見圖4。
9)焊接接觸器(10)；10)數(shù)字顯示熒屏(11)有三種顯示模式a.預(yù)置速度—當(dāng)小車行走開關(guān)處于OFF或馬達(dá)過載使機(jī)器停止時顯示。
b.連續(xù)測量速度—當(dāng)模式選擇開關(guān)設(shè)為RUN或NO WEAVE時顯示。
c.嘗試速度—當(dāng)模式選擇開關(guān)打在STEP或STOP ON DWELL時小車的運動在以預(yù)置速度移動及停止之間交替。為了防止顯示在零速度及實際速度之間波動，顯示在每次小車步驟快結(jié)束時測量行走速度，該速度將持續(xù)被顯示直至另一次小車速度被調(diào)整，它可提供所測速度的穩(wěn)定顯示。
⑦.噴嘴與導(dǎo)電嘴的選擇為提高厚板焊接效率，所選用的坡口角度僅為32°，因此在焊接各道焊縫時，確保焊絲伸出長不大于25mm的前提下，各道的噴嘴直徑應(yīng)根據(jù)每道焊縫的開口寬度不同選擇不同的口徑(Φ12、Φ14、Φ16)錐形噴嘴。
1)打底層選用Φ12的錐形噴嘴，并配用端面Φ4外徑的導(dǎo)電嘴，以確保氣體流量暢通，并防止飛濺阻塞噴嘴孔。
2)以后各道選用噴嘴直徑的原則是焊槍在坡口內(nèi)擺動時，當(dāng)焊絲伸出長度小于25mm，焊絲中心對準(zhǔn)前道焊縫坡口兩側(cè)點時，以噴嘴外側(cè)不碰坡口邊緣為前提，盡量采用較大直徑的噴嘴，并相應(yīng)增加導(dǎo)電嘴端面外徑尺寸。
⑧.逐層焊接1)底層焊接時，焊槍向下傾斜8°～10°；2)打底成形層，焊接電流為170～190A，電壓為23～25V；3)以后各層，焊接電流控制在230～250A，電壓26～30V(根據(jù)焊絲伸出長度調(diào)節(jié)相適應(yīng)的電弧電壓)；4)打底各層的焊縫厚度控制在4～8mm，一般焊接各層的電流、電壓不要太多變化，基本不要調(diào)節(jié)，通過改變兩側(cè)停留時間，擺動速度和小車行走速度來調(diào)節(jié)焊層厚度。
5)每層焊縫采用單道焊，只有當(dāng)焊縫寬度超過45mm以上時才采用多道焊；6)打底層最后一層的高度必需控制在離坡口表面1～1.5mm范圍內(nèi)；7)蓋面層焊接時，焊槍向下傾斜4°～5°；·輔助小車上升速度要偏慢；·焊絲兩側(cè)停留時間要偏短；·橫向擺動速度適當(dāng)降低。
8)焊接時各道焊縫必須焊出接頭終端15～25mm，形成一階梯形；9)每道焊縫焊后，必須徹底清除焊渣和缺陷后，才能焊接下一道焊縫；10)當(dāng)風(fēng)速超過2米/秒時，要安裝專用防風(fēng)裝置。
本發(fā)明經(jīng)試用證明，具有下列優(yōu)點
1.本發(fā)明將兩鋼板對接縫的坡口由40°縮減為32°，每米焊縫的填充金屬減少2.4kg，大大減少了焊接材料的消耗量；2.采用將CO2半自動焊槍夾固在一焊接輔助小車的焊槍支架上，焊槍的運動和焊絲送絲機(jī)構(gòu)的擺動都由焊接輔助小車驅(qū)動和控制，克服了人工操作的缺點，避免了人為因素對焊接質(zhì)量的影響，大大提高了一次焊接的成功率；3.隨著機(jī)械自動化程序的提高，焊接管理人員可遠(yuǎn)離焊槍操控，可不間斷地連續(xù)焊接，大大提高了焊接效率，大大減輕了焊接人員的勞動強(qiáng)度，也解決了艙室內(nèi)的焊接難度；4.本發(fā)明可對厚度超過30mm的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板進(jìn)行自動連續(xù)焊接，而且焊接的收縮量和變形值較小，有利于控制船體變形，有利于縮短船體建造周期。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，其特征在于所焊接的兩鋼板對接縫的坡口為32°，將CO2半自動焊槍夾固在一焊接輔助小車的焊槍支架上，該焊接輔助小車安裝在沿焊縫旁固定的一齒輪軌道上，焊接過程中，該焊接輔助小車在齒輪軌道上由下向上定向運動的同時，驅(qū)動焊槍擺動控制模塊控制送絲機(jī)構(gòu)自動送絲并在CO2氣保護(hù)下進(jìn)行自動焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，其特征在于包括下列步驟①.鋼板對接縫的邊緣制成斜坡，斜度為16°，兩鋼板對接縫的坡口為32°；②.安裝齒輪軌道，在對接縫旁離焊接坡口邊緣一定距離畫一條平行直線，沿該平行直線固定一齒輪軌道，并清潔軌道槽口；③.安裝襯墊，清除焊縫中心線反面兩側(cè)各一定范圍內(nèi)的馬腳、焊縫余高等障礙物并磨平后，在焊縫引出端必須安裝兩塊扁鐵，組成與焊接坡口形狀、間隙相同的V形坡口熄弧板，可撓曲的陶瓷襯墊的凹槽中心線對準(zhǔn)焊縫中心線放置，并粘貼在坡口背面，在襯墊背面安置一條扁鐵，該扁鐵必須安裝至熄弧板端頭，當(dāng)襯墊通過構(gòu)架開口處時，在構(gòu)架開口處利用木楔固定襯墊，其他位置用磁鐵夾具固定襯墊；④.安裝焊接輔助小車，將焊接輔助小車安裝在齒輪軌道上，將CO2半自動焊的焊槍固定在該輔助小車的焊槍支架上；使輔助小車沿軌道爬行一次，檢查焊槍中送出的焊絲是否對準(zhǔn)整條焊縫中心，如有偏差，將軌道調(diào)整到位；⑤.焊前預(yù)熱，焊前必須將焊縫兩側(cè)預(yù)熱；⑥.焊接輔助小車工作參數(shù)調(diào)整設(shè)定，根據(jù)焊縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇并調(diào)整輔助小車控制模塊面板上各旋鈕；⑦.選擇相應(yīng)的噴嘴和導(dǎo)電嘴；⑧.逐層焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，其特征在于所述的焊前預(yù)熱采用電加熱，對焊縫兩側(cè)100mm范圍內(nèi)加熱到120～150℃，測溫點位于加熱的反面離焊縫一側(cè)50mm處。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，其特征在于所述的逐層焊接時要求①.底層焊接時，焊槍向下傾斜8°～10°；②.打底成形層，焊接電流為170～190A，電壓為23～25V；③.以后各層，焊接電流為230～250A，電壓為26～30V；④.打底各層的焊縫厚度控制在4～8mm；⑤.每層焊縫采用單道焊，只有當(dāng)焊縫寬度大于45mm時，才采用多道焊；⑥.打底最后一層的高度應(yīng)控制在離坡口表面1～1.5mm；⑦.蓋面層焊接時，焊槍向下傾斜4°～5°；·輔助小車上升速度偏慢；·焊絲兩側(cè)停留時間要偏短；·橫向擺動速度要降低；⑧.焊接時各道焊縫必須焊出接頭終端15～25mm，形成一個階梯形；⑨.每道焊縫焊后，必須徹底清除焊渣和缺陷后，才能焊接下一道焊縫；⑩.當(dāng)風(fēng)速超過2米/秒時，要安裝專用防風(fēng)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，其特征在于所述的噴嘴直徑應(yīng)根據(jù)每道焊縫的開口寬度不同選擇不同口徑的錐形噴嘴打底層時，選用Φ12的錐形噴嘴，并配用端面Φ4外徑的導(dǎo)電嘴，其他各道，盡量采用較大直徑的噴嘴，并相應(yīng)配用端面外徑Φ6導(dǎo)電嘴，但應(yīng)以噴嘴外側(cè)不碰坡口邊緣為前提。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，其特征在于所述焊接輔助小車工作參數(shù)，包括①.將模式選擇開關(guān)(8)設(shè)置到預(yù)定的焊槍擺動模式處；②.根據(jù)各道焊縫的寬度調(diào)整寬度擺幅(1)；③.調(diào)節(jié)方向控制旋鈕(5)，將焊絲對準(zhǔn)焊縫中心和兩側(cè)點；④.調(diào)節(jié)左右停止旋鈕(3)、(4)，設(shè)定左、右兩點停留時間；⑤.調(diào)整小車焊接速度控制旋鈕(7)，按預(yù)設(shè)的速度調(diào)整，從數(shù)字顯示熒屏(11)上顯示；⑥.將小車行走開關(guān)(6)向上扳；⑦.根據(jù)預(yù)定的焊層厚度調(diào)節(jié)擺動速度旋鈕(2)，焊層厚，擺速慢，焊層薄，擺速快；⑧.調(diào)整噴嘴端面與前焊層表面距離(15～25mm范圍)，焊接過程盡量不要調(diào)節(jié)；⑨.上述動作預(yù)設(shè)確定到位后，最后扳動焊接接觸器(10)，開始焊接。
全文摘要
一種高強(qiáng)度超厚結(jié)構(gòu)鋼板的垂直焊接方法，其特征在于所焊接的兩鋼板對接縫的坡口為32°，將CO
文檔編號B23K9/12GK1490118SQ0314190
公開日2004年4月21日 申請日期2003年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者芮樹祥 申請人:滬東中華造船(集團(tuán))有限公司