一种高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法与流程

1.本发明涉及高强钢厚板的焊接技术领域，具体涉及一种高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法。


背景技术：

2.传统的高强钢厚板焊接方法以二氧化碳半自动焊接为主，这种方法需焊前预热，环境温度恶劣，且需要多道次人工焊接，不仅耗时费力、增大人工成本、降低生产效率，而且无法保证焊缝质量的均匀性。为了解决上述问题，逐渐开发出了通过高热输入实现焊缝一次成型的高效率自动气电立焊技术。目前在气电立焊技术上，主要有针对于中厚板（板厚为10～35mm）的单丝气电立焊和针对厚板（板厚≥35mm）的双丝气电立焊。气电立焊最主要的优点是能以大的热输入实现一次成形，显著提高焊接效率。但大的焊接热输入容易引起热影响区晶粒粗大，恶化焊接接头的冲击性能。为了保证焊缝坡口两侧钢板能较好地熔透，目前焊缝坡口形状上主要采用v型坡口或x型坡口。这两种类型的坡口均具有较大的坡口面积，且坡口面积随板厚的增大而进一步增加。为保证厚板大坡口焊缝的完整填充，需增加焊剂的投入以及增大热输入以实现焊缝一次成形。
3.在申请号为202110409199.3的中国专利文献中，公开了一种可变向摆动双丝气电立焊装置及新方法，其焊缝采用v型坡口，避免局部区域因长时间受热而导致热影响区晶粒粗大的问题，但是这种方法没能减少坡口面积，故整体上起不到降低热输入的效果，而且不能稳定地控制焊丝的摆动。
4.在申请号为201810318532.8的中国专利文献中，公开了一种低热输入窄间隙垂直气电立焊方法，其焊缝采用i型坡口，并改变焊枪的设计，以实现窄间隙坡口的焊接；同时增加两个不对称的齿轮将焊丝弯曲，使焊丝在坡口内来回摆动以保证钢板两侧壁的熔透；虽然这种方法可大大减少坡口的面积，降低了热输入，但是焊丝在不对称齿轮中的弯曲摆动难以控制，这便会导致焊丝在坡口中的熔敷均匀性差，难以保证大厚度钢板侧壁均匀熔透。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，在保证高强钢厚板高效率焊接以及焊缝端面形貌良好的前提下，减少坡口面积，降低焊接热输入和减少焊丝消耗。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，包括以下步骤：步骤一：焊接前，将两块厚度相等的高强钢厚板的待焊部位加工成直角梯形坡口，所述的直角梯形坡口的坡口角度为18
°
～20
°
，坡口间隙为6mm～8mm；步骤二：设置双焊丝及其协同运动参数，所述的双焊丝包括固定内丝和移动外丝，所述的固定内丝在平面上的运动轨迹为零，仅沿z轴向上设置，所述的固定内丝与直角梯形坡口根部的距离为8mm～20mm，所述的移动外丝在平面上的运动轨迹为沿焊缝中心作直线
运动，所述的移动外丝的摆动速度为250mm/min，所述的移动外丝与直角梯形坡口根部的最短距离为16mm～32mm，当所述的移动外丝运动至距离直角梯形坡口根部的最近位置时，所述的移动外丝的停留时间为0.0s～0.4s，所述的移动外丝与直角梯形坡口外部的最短距离为6mm～12mm，当所述的移动外丝运动至距离直角梯形坡口外部的最近位置时，所述的移动外丝的停留时间为1.4s～2.2s；步骤三：设置焊接工艺参数，所述的焊接工艺参数为：所述的固定内丝的焊接电压为340v～360v，所述的固定内丝的焊接电流为38.6a～39.4a，所述的移动外丝的焊接电压为370v～390v，所述的移动外丝的焊接电流为39.6a～40.4a，在保护气体的保护下进行焊接。
7.优选地，在所述的步骤一中，所述的高强钢厚板的厚度为35mm～75mm。
8.优选地，在所述的步骤一中，所述的直角梯形坡口的加工方法为：两块高强钢厚板的待焊部位均采用铣床进行机械加工，先将一块高强钢厚板的待焊部位铣削为直边，再将另一块高强钢厚板的待焊部位铣削为斜边。
9.优选地，在所述的步骤三中，所述的固定内丝和移动外丝的焊丝干伸长度均为41mm。
10.优选地，在所述的步骤三中，所述的保护气体为二氧化碳，所述的保护气体的气体流量为50l/min。
11.本发明的有益效果如下：1、本方法在保证高强钢厚板高效率焊接以及焊缝端面形貌良好的前提下，减少坡口面积，降低焊接热输入和减少焊丝消耗。
12.2、相比于传统的v型坡口，直角梯形坡口将v型坡口中的一条斜边改为直边，其优点在于：1）基于单位长度焊缝的热输入计算公式e=ηui/v，其中v为焊接速度，减少焊缝面积，能够提高焊接速度，从而减少焊接热输入，改善整体焊接接头的力学性能；2）减少焊缝面积，能够减少焊剂熔敷，减少保护气体的用量，节省焊剂的使用，降低焊接成本；3）在直角梯形坡口的加工中，保留其中一条直边，一方面，能节省焊缝坡口的加工成本，另一方面，焊接后焊缝一侧的熔合线基本为直线，便于焊接接头性能评价时冲击试样的切取。
13.3、相比于与焊丝弯曲使用的i型坡口，直角梯形坡口与双焊丝搭配的优点在于：焊接质量较稳定，焊缝端面形貌良好，且夹渣、气孔、微裂纹、未焊透和未熔合等缺陷可控性较好。
附图说明
14.图1是本发明的焊接坡口示意图。
15.图2是本发明中的双焊丝与焊接坡口的相对位置示意图。
16.图3是实施例1焊接后的焊接接头端面形貌实物图。
17.图4是实施例2焊接后的焊接接头端面形貌实物图。
18.其中，1为高强钢厚板；2为直角梯形坡口；3为直角梯形坡口根部；4为直角梯形坡
口外部；5为固定内丝；6为移动外丝；θ为坡口角度。
实施方式
19.下面将结合的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
20.如图1和图2所示，一种高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，包括以下步骤：步骤一：焊接前，将两块厚度相等的高强钢厚板1的待焊部位加工成直角梯形坡口2，所述的直角梯形坡口2的坡口角度θ为18
°
～20
°
，坡口间隙为6mm～8mm；步骤二：设置双焊丝及其协同运动参数，所述的双焊丝包括固定内丝5和移动外丝6，所述的固定内丝5在平面上的运动轨迹为零，仅沿z轴向上设置，所述的固定内丝5与直角梯形坡口根部3的距离为8mm～20mm，所述的移动外丝6在平面上的运动轨迹为沿焊缝中心作直线运动，所述的移动外丝6的摆动速度为250mm/min，所述的移动外丝6与直角梯形坡口根部3的最短距离为16mm～32mm，当所述的移动外丝6运动至距离直角梯形坡口根部3的最近位置时，所述的移动外丝6的停留时间为0.0s～0.4s，所述的移动外丝6与直角梯形坡口外部4的最短距离为6mm～12mm，当所述的移动外丝6运动至距离直角梯形坡口外部4的最近位置时，所述的移动外丝6的停留时间为1.4s～2.2s；步骤三：设置焊接工艺参数，所述的焊接工艺参数为：所述的固定内丝5的焊接电压为340v～360v，所述的固定内丝5的焊接电流为38.6a～39.4a，所述的移动外丝6的焊接电压为370v～390v，所述的移动外丝6的焊接电流为39.6a～40.4a，在保护气体的保护下进行焊接。
21.优选地，在所述的步骤一中，所述的高强钢厚板1的厚度为35mm～75mm。
22.优选地，在所述的步骤一中，所述的直角梯形坡口2的加工方法为：两块高强钢厚板1的待焊部位均采用铣床进行机械加工，先将一块高强钢厚板1的待焊部位铣削为直边，再将另一块高强钢厚板1的待焊部位铣削为斜边。
23.优选地，在所述的步骤三中，所述的固定内丝5和移动外丝6的焊丝干伸长度均为41mm。
24.优选地，在所述的步骤三中，所述的保护气体为二氧化碳，所述的保护气体的气体流量为50l/min。
实施例1
25.准备两块厚度为50mm的高强钢厚板1，一块高强钢厚板1的待焊部位铣削为直边，另一块高强钢厚板1的待焊部位铣削为斜边，坡口角度θ为19
°
，坡口间隙为6.7mm，具体的焊接工艺如下：固定内丝5的焊接电压为347v，移动外丝6的焊接电压为377v，固定内丝5的焊接电流为38.9a，移动外丝6的焊接电流为39.9a，固定内丝5和移动外丝6的焊丝干伸长度为41mm，固定内丝5与直角梯形坡口根部3的距离为12.5mm，移动外丝6与直角梯形坡口根部3的最短距离为22mm，移动外丝6与直角梯形坡口外部4的最短距离为8mm，移动外丝6的摆动速度为250mm/min，移动外丝6的移动路径为沿焊缝中心作直线运动，当移动外丝6运动至直角梯形坡口根部3的最近位置时，移动外丝6的停留时间为0.15s，当移动外丝6运动至直角梯形坡口外部4的最近位置时，移动外丝6的停留时间为1.7s，二氧化碳的气体流量为50l/
min。
26.实施例1的焊接接头端面形貌如图3所示，焊缝端面形貌良好，且便于焊接接头性能评价时冲击试样的切取。此外，相比于v型坡口，可减少焊缝面积约30％，提高焊接速度约20％，从而可降低约20％的焊接热输入，节省约20%的二氧化碳气体消耗量以及节省约30％的焊丝消耗。
实施例2
27.准备两块厚度为58mm的高强钢厚板1，一块高强钢厚板1的待焊部位铣削为直边，另一块高强钢厚板1的待焊部位铣削为斜边，坡口角度θ为19
°
，坡口间隙为7.1mm，具体的焊接工艺如下：固定内丝5的焊接电压为352v，移动外丝6的焊接电压为382v，固定内丝5的焊接电流为39.1a，移动外丝6的焊接电流为40.1a，固定内丝5和移动外丝6的焊丝干伸长度为41mm，固定内丝5与直角梯形坡口根部3的距离为15mm，移动外丝6与直角梯形坡口根部3的最短距离为25mm，移动外丝6与直角梯形坡口外部4的最短距离为9mm，移动外丝6的摆动速度为250mm/min，移动外丝6的移动路径为沿焊缝中心作直线运动，当移动外丝6运动至直角梯形坡口根部3的最近位置时，移动外丝6的停留时间为0.2s，当移动外丝6运动至直角梯形坡口外部4的最近位置时，移动外丝6的停留时间为1.9s，二氧化碳的气体流量为50l/min。
28.实施例2的焊接接头端面形貌如图4所示，焊缝端面形貌良好，且便于焊接接头性能评价时冲击试样的切取。此外，相比于v型坡口，可减少焊缝面积约30％，提高焊接速度约20％，从而可降低约20％的焊接热输入，节省约20%的二氧化碳气体消耗量以及节省约30％的焊丝消耗。

技术特征：
1.一种高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：焊接前，将两块厚度相等的高强钢厚板的待焊部位加工成直角梯形坡口，所述的直角梯形坡口的坡口角度为18
°
～20
°
，坡口间隙为6mm～8mm；步骤二：设置双焊丝及其协同运动参数，所述的双焊丝包括固定内丝和移动外丝，所述的固定内丝在平面上的运动轨迹为零，仅沿z轴向上设置，所述的固定内丝与直角梯形坡口根部的距离为8mm～20mm，所述的移动外丝在平面上的运动轨迹为沿焊缝中心作直线运动，所述的移动外丝的摆动速度为250mm/min，所述的移动外丝与直角梯形坡口根部的最短距离为16mm～32mm，当所述的移动外丝运动至距离直角梯形坡口根部的最近位置时，所述的移动外丝的停留时间为0.0s～0.4s，所述的移动外丝与直角梯形坡口外部的最短距离为6mm～12mm，当所述的移动外丝运动至距离直角梯形坡口外部的最近位置时，所述的移动外丝的停留时间为1.4s～2.2s；步骤三：设置焊接工艺参数，所述的焊接工艺参数为：所述的固定内丝的焊接电压为340v～360v，所述的固定内丝的焊接电流为38.6a～39.4a，所述的移动外丝的焊接电压为370v～390v，所述的移动外丝的焊接电流为39.6a～40.4a，在保护气体的保护下进行焊接。2.根据权利要求1所述的高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，其特征在于：在所述的步骤一中，所述的高强钢厚板的厚度为35mm～75mm。3.根据权利要求1所述的高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，其特征在于：在所述的步骤一中，所述的直角梯形坡口的加工方法为：两块高强钢厚板的待焊部位均采用铣床进行机械加工，先将一块高强钢厚板的待焊部位铣削为直边，再将另一块高强钢厚板的待焊部位铣削为斜边。4.根据权利要求1所述的高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，其特征在于：在所述的步骤三中，所述的固定内丝和移动外丝的焊丝干伸长度均为41mm。5.根据权利要求1所述的高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，其特征在于：在所述的步骤三中，所述的保护气体为二氧化碳，所述的保护气体的气体流量为50l/min。

技术总结
本发明涉及高强钢厚板的焊接技术领域。一种高强钢厚板焊缝坡口和双丝气电立焊焊接方法，包括以下步骤：步骤一：将两块厚度相等的高强钢厚板的待焊部位加工成直角梯形坡口；步骤二：设置双焊丝及其协同运动参数；步骤三：设置焊接工艺参数。本发明的有益效果：本方法在保证高强钢厚板高效率焊接以及焊缝端面形貌良好的前提下，减少坡口面积，降低焊接热输入和减少焊丝消耗。减少焊丝消耗。减少焊丝消耗。


技术研发人员：陈广兴 郑浩 吴荣华
受保护的技术使用者：宝钢湛江钢铁有限公司
技术研发日：2023.08.29
技术公布日：2023/10/19