K型坡口厚板的埋弧焊焊接工艺改进研究

作者:龙兴平;张成杰;贺智涛 刊名:材料开发与应用 上传者:朱险峰

【摘要】采用传统埋弧焊焊接工艺、实心气体保护焊打底和埋弧焊填充相结合的新工艺,进行厚板K型接头的埋弧焊焊接工艺改进研究。结果表明,新工艺在确保焊接质量稳定性的情况下,大幅度提升焊接效率,并能有效减轻碳弧气刨烟尘、噪声等对焊工的危害。

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国外船级社对较厚钢船板的焊接认可试验,一般要求钢板坡口为K型[1-2],焊接工艺采用埋弧焊。然而,相对于应用较广的X型坡口,K型坡口的埋弧焊焊接难度较大、根部清渣不易,在后续焊接中易产生未熔合及夹渣等缺陷。原因是采用传统的埋弧焊焊接工艺时根部清根工艺为碳弧气刨,气刨后的试板坡口平直度较差,且操作人员为确保清根彻底,极易刨出一条斜插试板直边侧根部的凹槽,而埋弧焊焊接电流较大,受到坡口尺寸的限制,根部焊道成型较差,焊接缺陷容易在凹槽处发生。此外,碳弧气刨工序的施工条件恶劣、劳动强度大,在大、长厚板的焊接中,工人不能长时间连续工作,严重影响焊接效率。针对上述问题,本文提出了一种针对K型坡口厚板埋弧焊焊接不需碳弧气刨清根的新工艺,采用脉冲电流下的实心气体保护焊对试板坡口根部正面进行打底焊接,然后用砂轮机对其背面根部进行少量熔渣的打磨,再用大电流下的实心气体保护焊进行背面根部打底焊接,最后进行试板的正、反面埋弧焊焊接。1试验材料和方法1.1试验材料试验用钢板为EH36级船体结构钢,焊接试板尺寸为1,000mm250mm60mm。埋弧焊焊接材料选用H10Mn2焊丝(4.0mm)和烧结101焊剂,实心气体保护焊材料选用ER50-6焊丝(1.0mm)。1.2试板坡口的设计根据两种工艺特点的不同和砂轮机打磨的难易程度,本次试验采用传统埋弧焊焊接工艺设计的坡口型式,见图1(a),试板上下坡口角度均为50,根部钝边为5mm;采用新工艺进行焊接的K型坡口型式设计见图1(b),试板上下坡口角度均为50,根部不留钝边,但是装配时预留23mm的根部间隙。图160mm厚K型坡口加工示意图1.3试板焊接采用传统埋弧焊焊接工艺的试板所有焊道均为埋弧焊焊接,采用新工艺焊接的试板正面和反面第一道采用气体保护焊,其余各道焊道均为埋弧焊焊接。气体保护焊设备为FroniusTPS5000气体保护焊机,埋弧焊焊接设备为林肯DC-1000型自动埋弧焊机。埋弧焊焊接线能量约为15kJ/cm,焊接参数详见表1,焊接道次示意图见图2。表1焊接规范焊接方法焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/(cmmin-1)道间温度/电源极性备注气保焊17010242302/脉冲电流正面根部焊道20010261302/直流反接反面根部焊道埋弧焊45010301501<200直流反接填充焊道图2两种工艺下的焊接道次示意图1.4试验方法参照LR《MaterialsandQualificationsProce-duresforShips》2010等船级社规范的要求,对焊接试板超声波探伤后进行焊接接头拉伸、弯曲和冲击试样的制备和试验。拉伸试样取焊接接头全厚度试样,检测设备为DLY-100万能材料试验机。弯曲试样取焊接接头正、反弯试样,保留一个轧制面,加工减薄至25mm,检测设备为BK-411材料试验机。冲击试样从焊接接头板厚1/4处取样并加工成10mm10mm55mm标准试样,缺口位置分别在焊缝中心、熔合线、熔合线外2mm、熔合线外5mm和熔合线外20mm,检测设备为JBN-300B冲击试验机。2试验结果与分析2.1焊接试板探伤结果两付试板焊接完成放置24h后,采用HS610E超声波探伤仪进行试板探伤,检测评级均为I级[3],可见两种焊接工艺下焊接接头均熔合良好。2.2焊接性能分析焊接接头的拉伸、弯曲和冲击试验结果分别如表2、表3和表4所示。两种工艺下的焊接接头力学性能大致相同,表明新工艺的实施对焊接接头的性能没有不利影响。表2焊接接头拉伸试验结果钢板厚度抗拉强度/MPa断裂位置备注EH3660mm525,515基体,基体传统工

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