[发明专利]一种摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体是涉及一种摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法。

背景技术

单面焊双面成形工艺是一种只需在工件一侧施焊、正反两面同时成形的焊接方法，现已被广泛应用于船舶与海洋工程、锅炉压力容器、重型机械等制造领域。目前，多数单面焊双面成形工艺通常是采用现有电弧焊接方法，并利用焊接坡口背面成形衬垫对熔池的支撑作用，实现对工件坡口的打底焊、填充焊与盖面焊。采用该工艺可省去工件翻转工序，且无需进行背面焊缝清根与再补焊，特别适合焊接一些翻转困难的大型及重型构件、反面焊缝不可达的箱型或管状构件。

传统的单面焊双面成形工艺焊接热输入大且需开；大角度坡口，如专利号为“ZL200610122611.9”、名称为“CO₂气体保护单面焊双面成形焊接工艺”的发明专利即属于此类工艺，其焊接电流420～540A、焊接电压43～50V、焊接速度30～48cm/min，平均热输入35KJ/cm左右；厚板(工件板厚大于30mm)焊接时，V形坡口角度将达到60～70°，坡口填充量增加，焊接效率降低。因此，无法胜任厚板高强钢(板厚大于30mm，屈服强度大于460Mpa)的高效高质量焊接要求。

针对厚板单面焊双面成形，国内外现有的窄间隙熔化极电弧焊接方法施焊时，工艺繁琐，设备复杂。专利号为“ZL200610117342.7”、名称为“管壳式热交换器管板与半球形封头单面焊窄间隙焊接工艺”即属于此类技术，其适用板厚为78～280mm，主焊缝坡口角度0.9～18°、宽度28～34mm，坡口底层采用笔式手工氩弧焊接工艺(焊接电流150～180A)、过渡焊接采用焊条电弧焊(焊接电流90～220A)、主焊缝采用窄间隙埋弧自动焊(焊接电流550～650A、焊接电压30～34V、焊接速度40～50cm/min)。该技术从坡口底层到主要焊缝需设置过渡层，坡口内壁需喷涂防飞溅材料，同时需变更焊接方法，只能用于热交换器管板与半球形封头的焊接，其工艺复杂、适用范围窄、工程实用难度大，且主要焊缝焊接热输入大，无法适应大型化与重型化装备制造业对厚板高强钢的高效低成本焊接需求。

窄间隙气体保护电弧焊是一种高质量、高效率、低成本的焊接工艺，其焊接热输入小、接头性能优越、工艺适应性强、应用范围广泛，特别适用于厚板高强钢焊接。针对如何提高窄间隙坡口两侧壁的熔透能力，国内外科学家先后开发出具有代表性的窄间隙气体保护电弧焊工艺，如麻花焊丝焊接法、蛇形焊丝焊接法、高速旋转电弧焊接法、超窄间隙焊接法等，但由于存在焊丝制造成本大且可控性差、焊接结构复杂等诸多因素，目前这些方法仍没能很好的实现工程化应用。

发明专利号为“ZL201110201702.2”名称为“摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法”，公开了一种针对金属厚板I型立向坡口的窄间隙熔化极气体保护立向焊接方法，通过选择气体保护方式，设定电弧摇动频率、电弧摇动幅值、电弧在侧壁停留时间、脉冲焊接平均电弧电流、平均电弧电压、焊接速度、焊丝干伸长，并选配合适折弯角度的折弯型导电杆，在焊缝自由成形状态下，以每层单道多层施焊方式实现摇动电弧窄间隙熔化极气体保护立向自动焊接。该发明专利的不足之处是：单纯利用公开的电弧摇动参数及其配合使用的电弧能量参数无法实现U形坡口的厚板高强钢(厚度大于20mm，屈服强度大于400MPa)的平位置焊接，同时未分别具体给出厚板打底焊、填充焊与盖面焊的参数选用原则，也未涉及厚板平位置单面焊双面成形的技术方案，难以满足工程化的高强钢厚板构件高效高质量实际生产需要。

发明内容

本发明的目的是针对上述目前单面焊双面成形工艺存在的难以满足厚板高强钢焊接需要，克服焊接效率低、焊接设备昂贵的问题和缺陷，利用摇动电弧窄间隙熔化极气体保护焊接方法在厚板高强钢构件制造方面的优势，提出一种实施成本低、适用性好、焊接效率高的摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法。

为了达到上述目的，本发明提出的摇动电弧窄间隙单面焊双面成形的焊接方法的技术方案是：

将摇动电弧窄间隙焊炬放于平位置待焊工件坡口中心的正上方，电弧在馈电及驱动控制部件的带动下作相对于焊炬的对称往复式圆弧形摇动，该方法包括如下具体步骤：

1、焊前准备：在待焊金属厚板工件上开设坡口间隙为8～16mm、根部间隙为4～8mm、钝边厚度0～2mm的平位置U形坡口，并在U形坡口背面设置成形槽宽度为8～14mm的衬垫；

2、焊中参数设定及施焊：