脉冲埋弧焊（通用7篇）
脉冲埋弧焊 篇1
摘要：埋弧焊是一种重要的焊接方法, 在工业生产中占有非常重要的地位。为了追求高效, 焊接时多采用较大的焊接速度和焊接电流, 这会造成组织粗化, 焊接质量下降。为了解决这些问题, 人们提出了脉冲埋弧焊方法。为实现低成本的脉冲埋弧焊功能, 文中在普通的埋弧焊机上接入脉冲控制器, 来实现脉冲埋弧焊功能, 阐述了普通埋弧焊机的改造方法, 并对改造后的埋弧焊机的电参数进行重新标定, 同时试验改造后系统的正常使用功能和参数的准确性。
关键词：脉冲埋弧焊,脉冲控制器,改装,参数标定
0 引言
埋弧焊属于电弧焊方法, 在工业生产中具有广泛的应用[1]。随着科技的高速发展, 各个生产领域对生产率的要求都逐渐提高, 但如果只依靠增大热输入量来提高效率, 会影响接头的组织, 使晶粒变得粗大, 这样焊接接头韧性指数就会下降;如果提高焊速会出现咬边等缺陷。为了解决这个问题, 焊接工作者提出了脉冲埋弧焊工艺[2]。传统的埋弧焊机焊接效率比较低, 高端的脉冲埋弧焊机价格又比较昂贵, 所以本课题就是设计把普通的脉冲控制器接入到传统的埋弧焊机中, 使二者连接之后能有脉冲焊机的效果, 能稳定高效率地进行焊接。改造完成后进一步对改装完成的埋弧焊机进行电标参数的重新测定。改造及标定完成后, 进行脉冲埋弧焊试验, 验证设备的正常使用性能和参数标定的准确性。
1 普通埋弧焊机的改造
1.1 脉冲控制器的使用及接线原理
脉冲控制器的面板如图1 所示, 显示屏中前两位数字表示脉冲频率, 后两位数字表示占空比。第三位, 第四位小数点表示工作模式:1) 第三位和第四位数码管小数点不断地交替闪亮, 表示脉冲工作模式;2) 第三位数码管小数点处于常亮状态, 表示直流工作模式且基值给定旋钮有效;3) 第四位数码管小数点处于常亮状态, 表示直流工作模式且基值给定旋钮有效。左起第一个按键为复位键;左起第二个按键为模式键, 它可使脉冲控制器模式按1-2-3的顺序循环;左起第三、第四个按键为调节频率键。左边第五、第六个为调节脉宽比键。
脉冲控制器的外接线为5 孔的航空接头, 如图2 所示。分别对应5 个接线端:31 号 (棕色) , 32 号线 (白色) , 75号 (黄色) , 76 号 (黑色) , 77 号线 ( 蓝色) 。
1.2 埋弧焊机接线原理
本次改装所采用的焊接电源是ZD5 (D) -1250 系列晶闸管多功能弧焊整流器。多功能弧焊整流器由主电路和控制电路组成。控制电路核心是控制板, 从分流器上取得的电流信号或从输出端取得的电压信号, 经放大后与给定信号进行综合比较后输出触发角可调的触发脉冲, 去控制晶闸管的导通角, 以维持电流或电压的恒定, 从而使多功能弧焊整流器具有稳定的输出特性。控制电路的部分电路图如图3 所示, 图中表示出了变压器输出端的接线编号和电压值。输出端接入14 芯航空插头, 接线顺序如图4 所示。
1.3脉冲控制器与普通埋弧焊机的连接
脉冲控制器的5 条外接线中, 31 和32 分别连接110 V交流电源, 给脉冲控制器的工作提供电能, 分析图3 可知, 应该分别连接121 与128 号接线端, 与14 芯航空插头对应的应该为1 孔与8 孔。
2普通埋弧焊机改造后参数的标定
依据已有的研究结果, 接入脉冲控制器的埋弧焊接系统能够有效地改善埋弧焊的焊接质量和焊接稳定性[4]。但在接入脉冲控制器时占用了原埋弧焊焊机电流接线端, 导致原来的电流调节旋钮失去作用, 电流读数已经不再是准确的电流值, 所以需要对接入脉冲控制器的基值和峰值旋钮进行重新标定。
2.1 单旋钮参数标定
调整脉冲控制器的工作模式, 使第三位数码管小数点常亮, 设定工作模式为直流基值工作状态。埋弧焊机开始工作, 在焊接过程中, 调节基值旋钮至不同的数值, 在焊接小车的电流显示面板上, 可以读出电流示数, 并与数据采集系统在计算机上读出相对应的电流参数相比较, 二者数值一致, 说明在改装之后, 焊接小车上的电流表仍然能够正确显示参数, 基值旋钮调节的数值分别为2、3、4、5、6, 电流表读数如表1 所示。
依据上述数据, 绘制散点图以及直线图并进行曲线拟合, 然后利用Origin软件求解拟合方程, 如图6 所示, 调节值x和实际值y拟合后的直线方程为y=120x+60。
采用同样的方法对峰值旋钮进行标定, 得到调节值x和实际值y拟合后的直线方程为y=120x+60。
2.2 脉冲状态下电流旋钮标定
在标定单独的基值旋钮和峰值旋钮的基础上, 为了进一步测定改造后的脉冲埋弧焊装置能否在脉冲模式可靠运行, 基值与峰值电流之间是否有影响, 还进行了脉冲焊接实验。依据以往的经验, 为保证脉冲效果明显, 需设定脉冲基值与脉冲峰值差不小于150 A, 选定脉冲频率为20 Hz, 占空比为50%。
首先, 峰值保持不变调节基值旋钮。在实验过程中保持峰值旋钮调节为600 A, 调节基值旋钮分别调整为300 A、250A、350 A、400 A, 调整过程中, 观察每次的均值是否有变化, 来确定基值旋钮是否能正常使用。实验结果数据如表2 所示。
在表2 中, 可以看出在保证峰值不变的情况下, 调节基值旋钮使基值产生变化, 并且均值跟随基值的变化而变化, 说明在脉冲状态下, 基值旋钮可以正常使用。
在表2 中, 第一组数据使用数据采集平台Lab VIEW生成的数据波形图如图7 所示, 同时各组电信号的电流平均值如图8 所示。
第1 组数据电流的平均值的计算值为450A, 实测值如图8 (a) , 第6 组数据电流的平均值的计算值为400A, 实测值如图8 (b) , 第7 组数据电流的平均值的计算值为420A, 实测值如图8 (c) , 第8 组数据电流的平均值的计算值为470A, 实测值如图8 (d) 。
在脉冲状态下进行的焊接实验理论电流平均值与实际的电流平均值相近, 结果证明改造后的设备能在保证峰值不变调节基值时, 数据能准确显示, 所以改造后的设备的基值旋钮能正常使用。
采用同样的试验方法, 基值保持不变调节峰值旋钮, 也能够验证在脉冲状态下, 峰值旋钮的调节依然有效, 调节的对应值不受工作模式的影响。
3 结论
本文在研究了普通埋弧焊机及脉冲控制器外接线的基础上, 将二者进行连接。将脉冲控制器的31, 32 号接线连接埋弧焊机的121 与128号接线端, 即110 V的电源。脉冲控制器的75、76、77 接线与原来调节电流旋钮连线的低、中、高电位的3 个接线端相连接, 这样它与电流旋钮连接后就可以给出脉冲电流。
将埋弧焊接和脉冲控制器连接以后, 已将原有的接头接到脉冲控制器上, 原埋弧焊机上的电流调节旋钮已经不能再显示正常使用, 因此对脉冲控制器的参数进行标定。对基值旋钮和峰值旋钮分别进行标定, 得到旋钮调节数值x和实际值y拟合后的直线方程均为y=120x+60。然后进行脉冲状态下电流旋钮标定, 试验结果表明基值旋钮和峰值旋钮在脉冲状态下互不干扰, 改造后能够正常、可控地输出脉冲电流。
参考文献
[1]杨立军.材料连接设备及工艺[M].北京:机械工业出版社, 2009.
[2]李桓, 郭胜, 陈埒涛.脉冲埋弧焊工艺研究及焊缝熔深特征[J].焊接, 2004 (7) :10-12.
[3]李桓, 刘琼, 杜乃成, 等.脉冲埋弧焊原理及波形特征[J].焊管, 2004, 27 (4) :6-8.
[4]郭胜.脉冲埋弧焊工艺研究及工程应用[D].天津:天津大学, 2005.
薄壁容器的埋弧自动焊工艺改进 篇2
1 影响焊接质量的主要因素
研究薄壁容器埋弧自动焊焊接缺陷形成原因, 确定了影响焊接质量的4个主要因素。
1.1 焊缝成形不良、焊道跑偏
薄壁筒体焊接时, 由于壁厚薄, 筒体在滚动过程中容器发生颤动。造成焊缝成形不良、焊道跑偏。
1.2 筒节预制偏差较大, 组对间隙未达到要求
实际过程中, 板材的下料切割时采用的火焰切割工艺偏差较大, 成形组装后环缝间隙过大造成焊穿、夹杂、气孔和背面焊瘤现象。
现场实际检测筒体组对情况, 组对后, 个别位置存在间隙较大的情况, 其组对间隙在0～3m m之间。因预制偏差, 环缝对口处有部分无间隙, 部分存在较大间隙。焊接时, 一般将间隙较大处用手工焊条电弧焊进行焊接后再进行埋弧自动焊。当埋弧焊焊接到该位置时, 因间隙大, 容易焊穿且形成背面焊瘤。另外, 当间隙较大时, 焊剂以及其他杂物容易掉入, 造成夹杂和气孔的现象。
1.3
焊接操作时, 注意力不集中, 焊道跑偏
1.4 焊接参数调整
埋弧焊时焊接工艺参数主要包括:焊接电流、焊接电压、焊接速度。
2 质量改进措施
2.1 避免筒体颤动
发生颤动的主要原因是焊接转动过程中人员在筒体上操作引起筒体的颤动, 因操作过程无法避免人员在筒体上操作, 因此, 通过在筒体内部加固胀圈以加强筒体的刚性, 避免出现颤动现象。
此外, 因筒体个别纵向焊缝余高较高, 在滚动过程也是造成颤动的一个因素, 在焊接纵焊缝时严格控制焊缝余高, 对于余高超过2mm的焊缝进行打磨处理。
2.2 减小筒节预制偏差
预制质量是关键因素, 矩形板的下料及坡口加工存在较大误差, 造成组装间隙不易调整。因此, 在预制前, 要求矩形板的下料偏差宽度、长度不大于1mm, 对角线偏差不大于1.5mm, 板边的直线度不大于1mm, 并加强检查工作。
2.3 提高操作人员水平
注意力不集中, 焊道跑偏的情况, 与人员的思想和疲劳有关, 一是要求焊接人员认真操作, 二是避免焊接人员疲劳连续工作。
另外, 组织开展了焊工技术技能学习, 要求焊接人员严格遵守基本操作规范, 提高自身的质量意识。
2.4 焊接参数调整
埋弧焊时焊接工艺参数主要包括:焊接电流、焊接电压、焊接速度。
焊接电流:
因为焊接电流直接影响焊缝的熔深, 在进行正面焊接时, 焊接电流要小, 防止烧穿, 熔深3mm左右为宜, 反面焊接电流稍大, 熔深4～5mm, 可防止未融合缺陷。
焊接电压:
焊接电压影响焊缝的熔宽, 同时, 需要与电流进行匹配。电压过高时, 焊缝变宽, 容易出现咬边现象, 过低的电压造成焊缝窄而余高增加。
焊接速度:
若焊接速度调整不好, 速度过快或过慢会造成未焊透焊缝成形不良等现象。焊接速度调整较为困难, 焊接环焊缝内部焊缝时, 需要筒体与焊机联动, 不易同步, 可以采用埋弧焊机机架进行解决, 但是厂现有的焊接机架较短, 暂时无法使用。在筒形试样焊接时, 仍采用小车型焊机和托辊配合联动进行操作。现场通过实测焊接速度45～50cm/m i n, 并调整托架滚轮的转动速度, 通过多次测试, 找到了速度结合点, 有效的控制了焊机速度和托辊速度的匹配。
通过调整焊接速度, 控制焊缝的成形以及熔深。在较快的速度下, 单位长度焊缝输入热量减少, 加入的焊丝量也减少, 熔深减小、余高降低和焊道变窄;而较低的焊接速度, 又会引起焊道波纹粗糙和夹渣。
为了达到理想的焊接效果, 确定合理的参数, 在进行焊接试验时, 通过焊接试板进行了测试, 焊接电流从340～480A, 焊接电压从28～35V, 焊速在45cm/min～50cm/min, 进行了测试, 而且分别使用了Φ3.2mm焊丝和Φ4mm焊丝, 最终调整出比较适合的焊接参数。
3 结论
脉冲埋弧焊 篇3
关键词：焊接接头,焊接热影响区(HAZ),维氏硬度,螺旋埋弧焊,检验标准
焊缝接头硬度检验是管线钢力学检测的常见项目,API 44版标准规定,当壁厚大于6mm时,焊缝接头硬度测量共计33点(表1),目前已在中缅、中贵等长输管线检验中广泛执行[1]。
同API 43硬度测量相比,API 44版中热影响区检测量大为增加(图1)。标准推荐布氏和维氏硬度方法进行检验,因为维氏硬度在测量中精度更高,所以GB/T 4340“维氏法”更为适用。
1 维氏硬度检验的意义
维氏硬度试验方法通常用于验证金相组织类别,鉴别热处理工艺,间接推断材料强度(标准并不推荐)。优点是测量值精度高,缺点是试验条件要求高,要求抛光腐蚀,不易于高频次采用。焊缝接头使用维氏硬度测量的主要目的在于精确判别组织是否存在微观硬块。焊接冶金学认为,接头硬度是反映钢材焊接性好坏的一个指标,当焊缝接头发生硬化时,塑性和韧性就会变差进而影响管道产品质量。
2 焊缝硬度分度特点
螺旋埋弧焊焊缝接头由焊道,热影响区和母材组成。日常硬度检验表明,各部分组织硬度数值上存在差异(图2)。受焊接工艺影响,焊缝硬度高于母材和热影响区。热影响区硬度往往低于焊缝和母材,属于焊接接头中的薄弱区域。目前测量中,硬度验收指标有上限无下限,高“限”低测值普遍出现[2]。
3 热影响区的硬度测量讨论
API 44版标准要求在热影响区硬度检验中(图3),压痕测量应平行于厚度方向,距融合线距离大于0.5mm,GB 4340规定,压痕间距应不小于压横对角线长度的2.5倍。若测量位置准确,单点测量已能检测热影响区硬度水平。“三点”测量虽然增加数值的可靠性,但误差也增加且降低在线检验的时效性。与此同时,三点检测对于接头失效分析仍有“盲区”。以X70为例,常见三点压痕测量宽度为2.4mm。而热影响区宽度随壁厚增加(表2),往往超出规定的的测量区间,且缺乏熔合线边沿测量,需依照GB/T2654规定,作延伸测量。
4 硬度的验收标准
硬度上限越高。例如X70管线钢,焊缝接头硬度应不大于265HV10,X80不大于280HV10,允许10HV10内偏离,验收指标弹性。测准往往比测多重要,过多检验的意义不大。
5 结论
检验主要用途首先是产品质量鉴别,其次是相关工艺的分析和改进。目前,接头硬度标准对于厚壁接头失效分析有局限,对于常规检验,热影响区又过于“频”测,存在非关键值检验“过剩”,有检验资源的浪费之嫌。因而在接头日常硬度检验中,合理减少热影响区测量数量,对于提高检验的质量和时效性有积极意义。
参考文献
[1]API SPEC 5L,Specification FOR Pipe[S].
脉冲埋弧焊 篇4
关键词：大型钢井架,自动焊焊接,探讨
井架是矿井运输、生产中的重要提升设备, 是井下与井上人员、施工运输、煤炭提升的主要设施, 也是唯一的地面支撑系统, 承载量较大。它是整个煤矿能够正常安全生产的重中之重。为了满足井架承载量, 大型井架箱体截面增大至1800mm×2400mm, 甚至更大如皖北局朱集主井井架截面为3000mm×1600mm, 其板材厚度也在随之增加, 原井架的板材厚度一般在δ14~δ16, 现在为δ20~δ25。
施工工序:下料———组对———焊接———整形———打磨———预组装
井架主焊缝采用的是埋弧自动焊焊接, 埋弧焊的实质是在一定大小颗粒的焊剂层下, 由焊丝和焊件之间放电而产生的电弧热使焊丝的端部及焊件的局部熔化, 形成溶池, 溶池金属凝固后即形成焊缝。这个过程是在焊剂层下进行的, 所以称为埋弧焊。埋弧自动焊具有焊缝质量高, 生产率高, 节省焊接材料, 劳动条件好等优点。在中厚板材焊接中广泛应用, 但由于其易变形, 易产生气孔的缺陷使得埋弧自动焊的一次成功率不高, 经常出现气孔、夹渣、咬边、根部未焊透等现象。
尤其是近年来大型井架较多, 原焊接工艺不能适用现在的井架焊接要求, 焊缝返工次数较多。针对这一情况, 结合施工中实际和大量试验, 在传统工艺的基础上, 对原工艺进行了改进, 目的是为了提高焊缝一次成功率。使用高效率低能耗的焊接方法能最大限度地减轻工人的劳动强度, 改善生产条件。提高工程质量。
1 工艺评定
1.1 材料的选定
1) 大型井架设计常采用的Q235-B板, 板厚δ20~δ25。自动焊焊丝选用H08A, 焊剂为HJ431。
2) 井架箱体焊接坡口形式。
1.2 传统的埋弧自动焊焊接工艺
1) 打底焊, 第一遍焊缝用φ3.2m m焊条, 由技术水平较高的焊工焊接, 焊缝高度6mm, 保证根部焊缝焊透, 焊缝平整, 防止气孔、夹渣、裂纹等缺陷产生, 第一遍焊缝是至关重要的一道焊缝, 是第二遍、第三遍焊缝的基础, 第一遍焊缝若有缺陷, 不易清根。
2) 对打底焊缝清理后, 开始埋弧自动焊, 在焊接第二遍焊缝前必须用小尖锤敲击焊缝, 以清除第一遍焊缝上的药皮飞溅物等, 用钢丝刷或磨光机将毛刺清除干净后, 焊接下一道焊缝。
3) 焊接第三遍焊接时要保证焊缝高度均匀。最后一遍焊缝要保证焊缝饱满, 焊缝的高度和角度要达到图纸要求 (第二遍是采用埋弧自动焊焊接) 在焊接第一遍前, 在焊缝两端设置引弧和熄弧板, 其材质和坡口形式应与焊件相同, 引弧和熄弧板的长度, 埋弧自动焊在100mm左右, 手工电弧焊在50mm左右;焊接完毕采用气割切除引弧和熄弧板, 并修磨平整。
1.3 根据试验统计数据显示, 使用原焊接工艺产生缺陷次数最多的是———根部未焊透
经过仔细研究探讨, 从上图中可以分析出产生根部未焊透的原因有三个方面。
1) 第一道封底焊, 焊缝不够高, 自动焊时易击穿。
2) 埋弧自动焊第一遍送丝角度不正确, 溶滴不易进入焊道根部。
3) 第一遍电流较小, 不能满足要求, 易产生根部未焊透、气孔、夹渣等焊接缺陷。
1.4 根据以上对焊缝缺陷的分析, 我们研究制定出新的焊接工艺
1) 封底焊, 第一遍焊缝用CO2气体保护焊焊接, 焊缝高度8m m~10m m, 保证根部焊缝焊透, 增加焊缝高度是为了保证第一遍自动焊大电流时, 封底焊缝不易被击穿。焊缝要平整, 防止气孔、夹渣、裂纹等缺陷产生, 第一遍焊缝是至关重要的一道焊缝。
2) 焊接前用碳弧气刨对自动焊焊道清根, 并用角向磨光机打磨干净, 保证焊道及根部清洁、光滑。自动焊倾斜20~25°送丝, 使焊熔滴更容易进入焊道根部, 使其能焊透根部。
3) 焊接第三遍焊接时要保证焊缝高度均匀。最后一遍焊缝要保证焊缝饱满, 焊缝的高度和角度要达到图纸要求, 在焊接第一遍前, 在焊缝两端设置引弧和熄弧板, 其材质和坡口形式应与焊件相同, 引弧和熄弧板的长度, 埋弧自动焊在100mm左右, 焊接完毕采用气割切除引弧和熄弧板, 并修磨平整。 (如下图二所示)
4) 打底和盖面焊接时, 电流也要增大, 而且还要适当增加焊接电压, 以保证得到合适的焊缝形状和质量。埋弧焊电流对焊丝的预热作用比焊条电弧焊大得多, 再加上电弧在密封的熔剂气泡中燃烧, 热效率极高, 使焊丝的熔化系数增大、母材熔化快, 提高了焊接速度。
按照新的焊接工艺, 我们得到了较为满意的结果。
2效益分析
此项改进后的新技术不仅提高了埋弧自动焊焊缝的质量, 也大大提高了劳动效率, 节约了成本。倾斜送丝法在我处编写的《大型钢结构井架加工及竖立工艺》省科技成果鉴定会上, 专家给与了充分的肯定。为了进一步验证新工艺的可行性, 我们将此项技术在屯留主井、口孜东主井、高河主井三个大型井架的加工制作中推广应用。工程结束后, 各个施工班组的初步统计, 原来每焊100米自动焊缝, 就有10%~15%不合格, 需要清根从焊。现在运用此项工艺, 焊缝的不合格率控制在3%~5%左右, 大大缩短了施工工期, 同时也节约了成本, 焊缝表面成形均匀、饱满, 焊缝内部通过专业探伤人员检测, 均达到一级焊缝要求。工程质量经过建设单位、监理单位的检验, 都给与较高的评价, 多项质量指标均为优良。为企业创造效益的同时, 也为企业赢得良好的信誉!
参考文献
[1]焊接手册.中国机械工程学会焊接学会编.北京:机械工业出版社, 2001.
[2]高忠民.实用电焊技术.北京:金盾出版社, 2004.
[3]孙景荣.实用焊工手册.北京:化学工业出版社, 2004.
[4]王国凡.钢结构焊接制造.工业装备与信息工程出版社, 2004.
[5]钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级.中华人民共和国国家标准.
脉冲埋弧焊 篇5
在埋弧焊运用过程中, 埋弧焊开破口焊接现在主要存在的不足之处是埋弧焊在焊接过程中使用的焊剂比较多, 带来的焊接成本就高很多, 在焊接效率上不是太高。埋弧焊不开坡口焊接可以提高生产效率, 而且在焊接过程中焊剂的使用量可以减少很多, 这样就可以节约生产成本。不开坡口焊接对于一个企业来说不仅减少一道加工工序, 缩短产品的加工时间, 而且在焊剂使用上也可以减少, 也可以减少焊接成本。研究不开坡口埋弧焊工艺, 提高本厂焊接质量和焊接效率, 推广此种技术在中厚板领域的应用。
1 试验思路
线能量是影响焊缝成型的主要因素, 我们主要研究焊接电流对焊缝的熔深、余高、熔宽的影响。在保证各硬件设施相同的情况下, 还有保证焊接电压、焊接速度、装配间隙相同的情况下, 靠调整焊接电流的大小来看对焊缝的影响。焊接母材都选用Q345R (钢的化学成分 (熔炼分析, %) 应符合表1, 力学性能符合表2) , 焊剂选用HJ431, 焊丝选用H10Mn2, 焊丝直径为4mm。焊接设备:焊研威达ZD5 (D) -1000 多功能弧焊整流器、A1/A2 型埋弧焊小车。辅助设备:火焰切割小车、氧气、、乙炔、槽钢。分析检测设备:超声波检测 (如表1、表2 所示) 。
2 试验条件和方法
先用火焰切割小车把母材切成若干快80×200mm的块, 也切下若干快引弧板或熄弧板, 先将他们组装成图1所示。
在保证焊接电压、焊接速度、装配间隙相同的情况下, 靠调整焊接电流的大小来看对焊缝的影响。具体情况为电压为34V, 焊接速度38cm/min, 间隙保证在1-2mm之内, 电流分别选择了650A、720A、800A、850A、900A。在焊好第一面之后用锯床切开一段焊缝, 并进行简单的处理, 看焊缝的融合程度, 并根据焊缝的熔合情况选择焊接另一面的焊接电流, 在两面都焊好之后, 将试件进行超声波检测, 看焊缝内部有无缺陷, 再将焊缝切下磨金相式样, 看内部组织和打硬度测试, 从而找到一个合理的焊接电流。
3 试验数据分析
根据试验方案表3 进行焊接试验, 试验数据如表3。
实验结论分析:
3.1 电流对焊缝熔深的影响
焊接电流与焊缝熔深和熔宽的关系如图2 所示, 熔深随焊接电流的增加而增大, 当焊接电流小于720A时, 熔深的增加速率较为明显, 但是当电流大于720A时, 熔深趋于稳定, 其深度并不随焊接电流的增加而增加;焊缝的熔宽随焊接电流的增加呈递增趋势, 当焊接电流小于740A时, 熔宽的递增速率较慢, 当焊接电流大于740A时, 熔宽的递增速率明显增加。这一现象可能是由以下原因造成的。
埋弧焊的线能量大致可分为三个部分:增加熔深的热量、增加熔宽的热量和散失的热量。当焊接电流小于740A时, 用于增加熔深的热量大于用于增加熔宽的热量, 焊接电弧的穿透能力较强, 随着电流的增加, 故表现为随着焊接电流的增加, 熔深的增加量较熔宽的增加量更为明显;当焊接电流大于740A时, 由于受焊接电流密度的限制, 埋弧焊电弧的穿透能力达到最大值, 电流的增加并不能增大熔深, 而是将增加的热量用于增大熔宽, 故表现为随着焊接电流的增加, 其熔深几乎没有变化, 而熔宽在不断地增加。
由此可见, 埋弧焊的焊接电流并非越大越好, 当电流达到一定程度时, 焊缝的熔深达到最大值, 超过该值后, 焊接电流的增加并不能增大熔深, 只会增加熔宽。
3.2 电流对余高的影响 (图3)
3.3 焊缝金属的熔合质量
双面焊缝熔合质量如图4 所示, 正面焊接电流700A, 反面焊接电流650A的焊接工艺并不能完全熔透焊件;当正面焊接电炉800A (或850A) , 反面焊接电流680A (或660A) 时, 正面焊缝和反面焊缝存在部分熔合区, 这说明焊件被完全焊透。
3.4 最优参数的确定
从上面分析中可以明显看出, 在电流小于750A时, 焊缝的余高是明显很大的, 所以在余高和母材的连接点经常会出现应力集中现象, 这对于焊接来说是不好的。在保证焊透的情况下, 电流也不易太大, 这样会影响焊缝的内部组织, 所以在合理的焊接参数选择如表4 所示。
4 结论
4.1 电流对焊接质量的影响
焊接电流是决定焊缝熔深的主要因素。其他条件不变时, 焊接电流增大, 焊缝的熔深H及余高a均增加, 而焊缝的宽度变化不大。正常情况下, 焊接电流大, 电弧的穿透能力强, 母材的熔深增加。
熔深和电流的关系为:H=Km*I
H——焊缝的熔深;Km——埋弧焊的熔深系数;I——埋弧焊的焊接电流。
不同焊接条件下, Km值不同。不开坡口的情况下每100A的电流它的熔深基本上可以达到1mm。
因此, 焊接电流应根据熔深要求首先选定, 焊接电流既不能过大也不能过小。
4.2 最佳的工艺参数
对与不同厚度的板材它的焊接工艺参数是不一样的。在焊接20mm的碳钢最佳焊接工艺参数如表5 所示。
4.3 实验不足的地方
在做焊接实验的过程中, 由于设备有限和时间不足等原因, 未完成试件的力学性能和金相分析, 所以希望在后面的时间里补上这两个实验, 完善实验。
在焊接20mm碳钢埋弧自动焊不开坡口焊接在焊接电流选择上是一个重要问题, 虽然在焊接实验过程中没有考虑电弧电压、焊接速度的变化, 会对焊缝成型有多大的影响, 这也是焊接实验中的一个重要失误之处, 所以希望再下来的时间里能够引起注意, 但是总体来说在焊接电流的选择方面是比较合理的, 而且在焊接的试件上的总体质量上来说还可以, 热影响区也比较合理。
摘要：通过埋弧焊焊接中厚板开坡口与不开坡口焊接的工艺比较, 了解到在中厚板埋弧焊不开坡口焊接不仅给我们节省很多加工工序, 还能让企业节省成本。研究不开坡口埋弧焊工艺, 提高焊接质量和焊接效率, 推广此种技术在中厚板领域的应用。20mm的钢板在不开坡口的情况下进行埋弧焊焊接, 电流对焊缝质量的影响;对与不同厚度的板材的焊接工艺参数也是不一样的, 在焊接20mm的碳钢, 在选择第一层焊接电流上时为690-710A, 第二层时焊接电流为740-760A。
关键词：埋弧焊,不开坡口,焊接工艺,最优参数
参考文献
[1]高辉云.数字化埋弧自动焊成套设备的研究[D].兰州:兰州理工大学材料学院, 2003.
[2]吴荣.单片机控制逆变埋弧焊机控制系统设计[D].兰州:兰州理工大学材料学院, 2004.
[3]梁卫东, 高辉云, 马跃洲.埋弧自动焊数字控制器设计焊接[J].学报, 2004, 25 (6) :54-583.
脉冲埋弧焊 篇6
随着火电建设向超临界、超超临界大机组发展,机组参数不断提高,对钢材的要求也越来越高。P91钢以其出色的常温性能和抗腐蚀持久强度、抗氧化性能,在超临界和超超临界机组中得到了广泛的应用。而P92钢比P91钢具有更高的高温强度、蠕变性能,可以明显减轻锅炉和管道部件的重量等优势,1996年以来,在国外超临界和超超临界组中已得到广泛应用,2005年以来,在国内超临界和超超临界机组中也得到应用,P92钢的手工焊接热处理工艺已逐步趋向成熟。然而P92钢埋弧自动焊在国内尚处于起步阶段,还没有成熟的热处理工艺可以借鉴,热处理工艺制约着P92钢埋弧自动焊的发展。探索合理的P92钢埋弧自动焊热处理工艺,已成为目前急需解决的问题之一。
由于埋弧自动焊采用大电流焊接(比手工焊大6~8倍),电弧热量大,焊丝熔化快,熔深也大,焊接速度比手工焊快的多,生产率可比手工焊提高5~10倍,具有生产效率高、焊缝质量好、节约钢材和电能、改善了劳动条件等许多优点。但是由于埋弧自动焊的焊接规范较大,对焊后热处理的工艺要求很高,如果热处理工艺参数选择则不当,容易导致组织改善不完全、残余应力没有降低,影响焊接接头的综合性能,甚至可能产生裂纹,使管材报废,因此选择适当的P92埋弧自动焊热处理工艺非常关键。
本项目结合以往的试验与研究经验,对材质为P92钢管在埋弧自动焊焊接后选择不同的热处理工艺进行处理,通过对检验结果进行分析比较,筛选出一套可有效改善焊接接头性能并能满足要求的P92钢热处理工艺。
1 P92钢的特性
P92钢是经过正火及回火处理,显微组织为回火马氏体组织(主要是Fe/Cr/Mo的碳化物及V/Nb的氮化物),是国内火力发电厂近期应用的一种新钢种。与目前国内常用的P91钢材(改进型9Cr-1Mo)相比,P92主要是用W代替了P91中的部分Mo,另外加入了少量的B。通过W的固溶强化及Nb、V等碳氮化物的弥散强化来提高钢材的高的持久强度。在600℃下10万小时的持久强度P92要比P91高30%~35%。我们试验的P92钢材料,规格为Φ508×86mm,它的标准化学成分和机械性能列见表1、表2。
2 P92焊接
焊接试样采用Ф508×86mm的无缝管。焊接方法采用GTAW/SMAW/SAW,接头采用对接U型坡口,焊道设计为多层多道,焊接材料分别为:MTS616焊丝、焊条和Marathon543埋弧焊剂。
焊接时预热采用电加热方式,加热温度控制在150~250℃,层间温度控制在200~300℃。
3 P92钢的热处理
热处理是采用高温回火技术,通过远红外方式加热焊接接头到一定温度,保温一段时间,然后控制冷却,以改善焊接接头的金相组织和力学性能,降低焊接残余应力的工艺。热处理的主要参数是加热温度、保温时间和升降温速度,参数的选择,降低P92钢焊接接头的残余应力,改善焊缝金属的组织和性能,对焊缝金属的最终质量起决定性作用。
3.1马氏体转变
焊接结束后,立即进行降温进行马氏体转变,转变温度为80~100℃,恒温时间2小时,但必须使整个焊接接头温度都能达到100℃以下。同时为使内外壁温度能够均匀,在焊接结束后及恒温过程中可以将管道两端密封板打开,让管子内部的空气自由流通。同时在管道壁温较低的情况下可将预热用的加热器及保温材料拆除,确保整个焊缝内外均能降温至80~100℃,完全进行马氏体转变。
3.2焊后热处理
3.2.1热处理升降温速度
参考《T/P92钢焊接指导性工艺》,升温速度80~150℃/h,降温速度≯150℃/h(300℃以下时)在保温层内冷却至室温。
3.2.2热处理温度的设定
参考相关文献,焊后热处理的恒温温度定为760±10℃,在实际热处理过程中还应考虑热电偶及温控柜的误差。
3.2.3热处理恒温时间的设定
由于试验用的P92管道壁厚较厚,热处理均温时间较长,考虑到埋弧自动焊与手工焊相比具有焊接电流大、电弧热量高、焊丝熔化快的特点,同时还考虑到规范对焊缝热处理后的硬度要求较高(≤250HB),也需要增加加热时间来保证,我们将恒温时间设定较普通手工焊接方法延长1~2小时,最终设定为8~10小时。
3.2.4热处理工艺方案的制定
根据以上数据的分析和现场经验,我们制定几种工艺(见表3)进行热处理试验。
3.3热处理工艺的实施
3.3.1热电偶选择
在温度测量中,热电偶是主要的测温工具。我国标装化热电偶有七种,我们采用铠装K型热电偶。控温热电偶数量根据管道直径和加热器数量确定,热电偶必须布置在相应控温区的预期温度最高点,以防止超温。热电偶固定方式直接影响到测温的准确性,目前施工现场一般采用绑扎方式固定。在固定时特别注意,热电偶热端必须紧贴管壁,并将热电偶的热端用隔热层将其与加热器有效隔绝,防止加热器布置或高温时隔热层破损,避免加热器产生的热量直接对热电偶辐射。
3.3.2补偿导线的选择与连接
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线连接热电偶进行控温。施工现场通常使用KC型温度补偿导线(正极为铜,导线颜色为红色,负极为康铜,导线颜色为蓝色)与K型热电偶相匹配。
补偿导线与热电偶线连接时,必须保证极性正确。在连接温度补偿线时应可靠,必须采用接线座连接,严禁采用两根接线直接拧在一起,防止造成接线接触不良影响测温。
3.3.3热处理过程
加热之前应采取合理的措施,保证焊接接头不受外力作用,并且要有防雨措施,以免热处理控温过程中焊接接头被雨水冷却,影响焊接接头质量。热处理时管子两端要封闭,避免穿膛风,影响热处理质量。
热处理的加热宽度,从焊缝中心算起,每侧不小于管子壁厚的3倍,在现场布置加热器时宽度比要求的宽度每侧多出60mm。保温宽度每侧不小于管子壁厚的5倍,以减少温度梯度。
进行热处理时,测温点应对称分布在焊缝中心两侧,且应尽可能靠近焊缝。我们在热处理时布置了3个测温点,分别在焊缝中心上下对称位置和焊缝左右任一处。
为规范施工,严格执行热处理工艺,在施工过程中要做好工作记录。工作记录内容包括:预热温度(氩弧焊层、电焊层)、热电偶布置、加热器布置、温度设定等,使热处理过程符合工艺要求。
4检验与试验
4.1无损检验
热处理完毕24小时后,按照DL/T820-2002对焊接接头进行超声波检测,未发现裂纹等可记录缺陷。
4.2金相试验
热处理完毕24小时后,对焊接接头进行金相检验,未发现裂纹,金相组织均为回火索氏体。
4.3力学性能
在每种热处理后的试样上进行取样。取样位置如图1所示。力学性能检验结果见表4。
5数据分析
当加热温度固定时,恒温时间的长短和升降温速度直接影响焊接接头的使用性能。由表5数据可知:八种不同热处理工艺的性能指标均满足要求,其中抗拉强度最小、最大值分别为630、665MPa,相差35MPa,不到5.3%;延伸率最小、最大值分别为27%、31.5%,相差4.5%;焊缝硬度值均在208-226HB之间。可见抗拉强度、延伸率和硬度三项指标相差不大,而冲击值随着加热时间和升降温速度的变化差别较大,最小、最大值分别为65J、81J最大相差16J。由此推断八种工艺的主要差别在对冲击功的影响上,而冲击功是反映焊接热处理质量的一个重要指标。热处理加热温度一定时,加热时间越长、升降温速度越慢,冲击功越大,冲击韧性越好。
由表5可知,SY-2的冲击功最大(81J),使用性能最好,但热处理时间最长(25.25h),生产效率低;SY-7的热处理时间虽然最短(20.2h),而冲击功最小(65J)。分析图2,综合考虑冲击功和热处理时间(生产效率)因素,发现试样SY-3,冲击功较高(74J)而热处理时间较短(22.1h)。
因此,我们确定工艺三为最佳的焊后热处理工艺。
6结论
通过以上论证得出P92钢埋弧自动焊最佳的热处理工艺:升温速度80℃/h,在760±10℃时恒温8小时,然后以100℃/h速度降温。热处理过程曲线,如图3所示。
参考文献
[1]吴伏海,欧阳忠.埋弧自动焊的应用研究[J].岳阳师范学院学报(自然科学版),2002(03).
[2]孙志强.P92钢焊接工艺性能试验与研究[D].天津大学,2007.
脉冲埋弧焊 篇7
手工电弧焊时, 为了维持焊接电弧的稳定燃烧, 要用手工不断地均匀向电弧空间送进焊条, 构成了送条运动;同时还需手握焊钳不断地沿焊接方向移动。而自动焊时这两个运动都是通过机械自动实现的, 所以称为自动电弧焊。埋弧自动焊时为使焊条连续送进, 不能用一根根的焊条, 而是用成盘的光焊丝, 焊接电弧的燃烧是在焊剂的掩埋下进行的, 所以称为埋弧自动焊。
埋弧自动焊的焊接过程如下图所示。焊接时电源的两极分别接在导电嘴6和工件1上, 首先进行调整让焊丝4接触工件, 并在焊丝周围撒上焊剂2, 然后启动电源, 则电流通过导电嘴经焊丝与工件构成回路, 然后反抽焊丝则可在焊丝和工件之间引燃电弧。引燃后用电弧热熔化焊丝, 工件和焊丝形成熔池和熔渣, 借助送丝滚轮5不断地送进焊丝, , 焊剂漏斗3在电弧前撒上焊剂, 随着焊机的行走, 熔化金属即可在电弧离开后冷却结晶形成焊缝7, 并在焊缝表面上形成渣壳8。
2 埋弧自动焊的特点
埋弧自动焊与手工电弧焊相比有以下一些特点:
2.1 热利用率高
埋弧焊时由于电弧掩埋在焊剂下面燃烧, 由表1可见它与手工电弧焊相比, 其辐射、飞溅损失和母材传热损失均大幅度下降, 而用于熔化焊丝、母材和焊剂的热量却大大增加。特别是熔化母材的热量大幅度增加, 更有利于提高焊缝的熔深, 从而提高焊接生产率, 而母材传热的减少却有利于减少焊接热影响区宽度, 提高了焊接质量。
2.2 焊缝含氮量低
埋弧焊时焊剂熔化量大, 渣保护层厚, 因而对空气的隔离作用很好。分析电弧燃烧时气泡的化学成分得知, 其主要成分为CO和H2气体, 是具有一定的还原性的气体, 因而可使焊缝中的氮含量大大降低, 从而使焊缝的塑性较高, 如表2所示。
2.3生产率高
埋弧焊是自动焊, 使用成盘的焊丝, 焊接电流是经过导电嘴在即将进入电弧空间时送入焊丝的, 焊丝伸出长度 (即指导电嘴端部到电弧之间的焊丝长度) 较小, 其表面又没有药皮的包复, 所以允许使用比手工电弧焊时大得多的电流及电流密度 (如表3所示) , 而不致使焊丝因电阻热的作用而发红, 也没有手工焊时焊芯温度太高带来的药皮脱落问题。因而埋弧焊时可输入更大的功率, 从而增加了金属的熔化量, 提高了焊件的熔深, 同时为保证一定的熔池及焊缝尺寸, 也允许使用更快的焊接速度, 如厚度为8～10mm的钢板对接, 单丝埋弧焊的焊接速度可达30～50m/h, 双丝或多丝埋弧焊还可以提高一倍以上, 而手工电弧焊的焊接速度则一般不超过6～8m/h, 因而埋弧自动焊有更高的生产率。
3 埋弧自动焊对低碳钢薄板的焊接
低碳钢薄板的焊接工艺最初, 所采取的焊接工艺方案是:焊接采用双面自动焊, 坡口型式为Ⅰ型。焊接顺序为:第1遍先焊接里口, MZ-1000焊机施焊, 下衬焊剂垫, 焊后背面清根;第2遍, 焊接外口, 在LAE-1000焊机上施焊, 采用悬空焊。按此焊接工艺方法施焊, 经RT探伤, 发现第1道焊缝里面存在大量气孔, 经分析, 在埋弧焊中产生气孔的原因大致有以下几种:焊剂吸潮或不干净;焊接时焊剂覆盖不充分;电弧磁吹偏;焊接工艺参数选择不当。
基于这几种情况, 首先检查焊剂的烘干温度及回收情况, 结果证明原因并不在此, 又排除了操作上的原因, 那么产生气孔的原因可能是由于焊接工艺参数选配不合理而造成的。产生气孔的原因可能是:第1遍施焊时的电流较小而焊接速度又较快, 焊缝结晶速度快, 熔池中的气孔来不及溢出而滞留在焊道中, 在第2遍施焊时又是采用悬空焊, 焊接电流较小, 焊接线能量小, 熔深较浅, 对第1遍焊道的后热影响不大而气体没能扩散出, 如果再增加电流或降低焊接速度又容易将焊道烧穿。为此增大了第1遍的施焊电流, 适当减小焊接速度, 焊后经外观及RT检查气孔明显减少, 有的甚至没有气孔的产生, 但还是存在焊接质量时好时坏的现象, 焊接质量非常不稳定。再增大焊接电流又容易将焊道烧穿, 焊道成型不好。因此这一方法并不能保证焊缝质量的稳定。
为此重新制定焊接工艺, 焊接仍采用双面自动焊, 坡口型为Ⅰ型。焊接顺序改为:第1遍, 焊接外口。方法采用悬空焊, 在LAE-1000焊机上施焊, 将焊接电流减少为260A, 同时降低焊接速度, 施焊完毕背面不清根。第2遍, 焊接里口, 在MZ-1000焊机上施焊, 下衬焊剂垫, 增加焊接电流, 提高焊接速度, 增大焊接熔深, 延长熔池存在时间, 使其将板厚的80%部分熔化。
由于第1遍是采用悬空焊, 焊接相当于一个封底焊, 而保证焊接里口线能量增大的同时焊道不被烧穿。此时, 第2遍由于热输入增大, 焊缝结晶速度慢, 熔池中的气体有充分的时间溢出, 焊后将试板进行外观检查及RT探伤, 发现内部还是有少量不超标的气孔, 再将第2遍的电流增大为460A, 进一步将熔池的结晶速度减慢, 再经RT探伤, 内部基本没有气孔产生。将试板进行力学性能试验, 结果全部合格。按此焊接工艺参数和焊接顺序再在产品中施焊, 经过一段时间的跟踪, 均未再出现超标气孔, 焊按质量稳定, 由此证明此种焊接工艺参数和焊接顺序的选择是合理的。
4 结论
经过焊接顺序及焊接工艺参数的调整, 使我公司的埋弧自动焊焊接低碳钢薄板的焊缝返修率大大降低, 节省了焊接工时及探伤次数, 使产品质量有了较大的提高
摘要：埋弧自动焊是电弧焊中一种主要的渣保护焊接方法, 在焊接结构生产中占有十分重要的地位。本文对埋弧自动焊在实际工作中的应用进行了论述。
关键词：埋弧自动焊,热利用率,低碳钢薄板,焊接
参考文献