厚板单面埋弧焊组合坡口焊接试验及应用

作者:刘郑培;赖卫国;马金军;李豹 刊名:金属加工(热加工) 上传者:吴惠宁

【摘要】本文通过对厚板焊接存在的不足,分析后提出组合坡口及传统FCB焊接与双丝埋弧焊相结合的方式,通过焊接试验论证,并在现场就进行了应用.结果表明,组合坡口及焊接方法能够有效提高背面成形的质量、降低热输入量,并达到一个合理的深宽比,从而降低常规坡口未焊满导致热裂纹的风险,焊接接头各项力学性能满足规范要求.

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扫码了解更多 1.概述在船舶制造行业中平直厚板对接焊接时主要采用FCB(焊剂铜衬垫埋弧自动单面焊)或双面埋弧焊,但是以上两种焊接方法在超大型船舶平直厚板的对接焊时有一定的局限性。其中,国内部分船厂因为设备原因FCB只能焊接36mm厚度以下的钢板,焊接超过36mm厚度的钢板时容易出现未熔透、背面成形不均等质量缺陷。双面埋弧焊虽然可焊接钢板厚度范围较广,但在厚板焊接方面存在不足,如需要对板件时翻身作业,严重依赖翻身起重设备;厚板焊接时,焊接的层数较多,不但焊接效率低还容易出现焊接变形、夹渣等质量缺陷。因此本文对厚板在FCB焊接的基础上对坡口进行改进,提出采用组合焊接方法来提高背面成形质量及弥补双面拼板的不足。2.初步分析(1)坡口改进以39m m板为例,原有坡口如图1所示,如果采用原有一次焊接正反面成形的方法,则可能存在背面未焊透或者正面未焊满的缺陷。但如果按照图1坡口采用多道焊,即采用FCB先进行焊接,未填满的部分采用埋弧焊方法进行盖面,则可能会因为坡口较小,深宽比较大,产生“梨形”裂纹。因此为了减小深宽比,将图1中坡口切割成图2中的底部坡口及表面坡口,底部坡口角度不变,表面坡口选择80°、100°、120°、150°进行试验,坡口及其他装配条件如表1所示,焊接仍然采用FCB打底焊接、埋弧焊填充盖面的方式。试验结果表明,表面坡口为80°和100°U T探伤存在缺陷,1 2 0°及1 5 0°探伤合格,考虑表面坡口越大、填充盖面焊接量越大,对比后选择表面坡口为表1板厚及坡口尺寸坡口编号板厚t/mm底部坡口角度α(°)表面坡口角度θ(°)坡口深度a/mm钝边b/mm间隙g/mm改进前39 45——6 0~0.5改进后39 45 80 32 6 0~0.539 45 100 32 6 0~0.539 45 120 32 6 0~0.539 45 150 32 6 0~0.5图1改进前坡口图2改进后的坡口 120°的方案。(2)盖面焊接方法盖面方法一般采用埋弧焊进行,为了减少层道数,则采用双丝埋弧焊代替传统的单丝埋弧焊进行焊接。FCB打底焊接后,中心最后凝固也是两侧柱状晶最后结合的位置,因此重新对局部焊缝中心进行重熔。填充焊接时,先对准第一道FCB焊的中心进行焊接,利用双丝埋弧焊的大熔深形成新的结晶方向,减少焊缝中心出现缺陷的概率,如图3所示。3.工艺评定试验(1)试验材料本试验采用国内某钢铁厂生产的DH36钢,厚度为39mm,TMCP交货状态,碳当量0.35%;FCB焊接材料采用新日铁公司生产的焊丝(Y-DL)及焊剂(表面焊剂:N S H-5 0 M,背面焊剂:N S H-1RM),双丝埋弧焊焊材采用现代公司生产的焊丝(H-14)及焊剂(S-707T)。(2)试验参数FCB焊接采用三丝埋弧焊,第1、2、3根丝分别表示前丝、中丝及后丝;双丝埋弧焊第1及第2根丝分别表示前丝及后丝,焊接参数如表2所示,焊道布置如图4所示。FCB焊接热输入量为212kJ/cm,与常规39mm板厚一次焊接成形的热输入量260~270k J/cm相比有所下降。表2焊接参数焊道焊接电流/A电弧电压/V焊丝间距/mm焊接速度/cm·min-1焊接热输入/kJ·cm-1I1I2I3U1U2U3W1→W2W2→W3FCB 1350 1260 1260 36 40 48 35 120 45 212双丝埋弧焊2 1000 600—39 45—25—70 56双丝埋弧焊3~4620~730600—38 45—25—55~58 52~63图3双丝埋弧焊填充第一道焊缝焊丝位置图5冲击位置表3焊缝

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