《一種厚板單面焊接方法》是廣船國際有限公司於2016年3月31日申請的專利，該專利的公布號為CN105643066A，申請公布日為2016年6月8日，發明人是劉鄭培、馬金軍、全偉雄、李豹、劉博。該發明屬於焊接技術領域。
《一種厚板單面焊接方法》包括以下步驟：S100、在兩塊鋼板的對接處開設單面“Y”型坡口，“Y”型坡口包括依次設定的第一坡口和第二坡口，第一坡口靠近“Y”型坡口的正面，第二坡口靠近“Y”型坡口的背面，第一坡口的坡口角度大於第二坡口的坡口角度；S200、在“Y”型坡口的背面鋪設焊劑後，採用多絲埋弧焊在“Y”型坡口處進行打底焊接；S300、打底焊接成型後，採用埋弧焊進行填充蓋面層。該發明通過在兩塊鋼板的對接處開設特定形狀的“Y”型坡口，然後採用多絲埋弧焊打底焊接和埋弧焊進行填充蓋面層，焊接過程為單面焊接、雙面成型，減少了焊接過程中的翻身作業和焊接過程中的配合時間，焊接速度快，焊接質量高。
2020年11月，《一種厚板單面焊接方法》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。
（概述圖為《一種厚板單面焊接方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種厚板單面焊接方法
- 申請人：廣船國際有限公司
- 申請日：2016年3月31日
- 申請號：2016101954266
- 公布號：CN105643066A
- 公布日：2016年6月8日
- 發明人：劉鄭培、馬金軍、全偉雄、李豹、劉博
- 地址：廣東省廣州市南沙區珠江管理區西路68號首層
- 分類號：B23K9/18(2006.01)I、B23K9/235(2006.01)I
- 代理機構：北京品源專利代理有限公司
- 代理人：張海英、林波
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
船舶製造行業中平直厚板對接焊接時主要採用單面多絲埋弧焊、雙面埋弧焊。其中，單面多絲埋弧焊一般採用單面Y型坡口，並在接頭背面貼襯墊（或者輔助焊劑），正面採用雙絲、三絲埋弧焊，焊接一道即可完成整個坡口的焊接，正反面都能成型。對於厚板焊接，採用單面多絲埋弧焊焊接效率高，一次焊接即可完成整個接頭的焊接，但焊接熱輸入量大，接頭的力學性能較低，同時對鋼板、焊材、設備的要求高，2016年前中國國內正是因為鋼板的製造工藝水平有限、焊材性能不高、設備能夠一次焊接的厚度有限，導致較多厚板及性能要求較高的鋼板焊接完成後不能滿足行業規範要求。雙面埋弧焊一般採用雙面X型坡口，正面採用單絲多道埋弧焊，然後進行翻身後對另一面根部進行缺陷清理，再進行單絲多道埋弧焊，從而完成接頭根部的完好焊接；雙面埋弧焊可焊接鋼板厚度範圍較廣，但對厚板焊接存在以下不足：（1）雙面埋弧焊接需要對板件時翻身作業，嚴重依賴翻身起重設備；（2）雙面埋弧焊在厚板焊接時，焊接的層數較多，不但焊接效率低還容易出現焊接變形、夾渣等質量缺陷；（3）背面根部的缺陷必須進行處理，否則容易造成未熔合及夾渣等缺陷，同時增加了工作量。
發明內容
專利目的
該發明的目的在於提供一種厚板單面焊接方法，以解決傳統焊接工藝中的焊接效率低、質量差的問題。
技術方案
《一種厚板單面焊接方法》包括以下步驟：
S100、在兩塊鋼板的對接處開設單面“Y”型坡口，所述“Y”型坡口包括依次設定的第一坡口和第二坡口，所述第一坡口靠近所述“Y”型坡口的正面，所述第二坡口靠近所述“Y”型坡口的背面，所述第一坡口的坡口角度大於所述第二坡口的坡口角度；
S200、在所述單面“Y”型坡口的背面鋪設焊劑後，採用多絲埋弧焊在所述“Y”型坡口處進行打底焊接；
S300、打底焊接成型後，採用埋弧焊進行填充蓋面層。
有益效果
《一種厚板單面焊接方法》通過在兩塊鋼板的對接處開設特殊結構的單面“Y”型坡口，該“Y”型坡口包括由坡口正面朝向坡口背面角度依次減小的第一坡口和第二坡口，第一坡口比第二坡口大，可以降低打底焊道的深寬比，減少打底焊接時的裂紋產生，第二坡口的小角度可以減少打底焊的填充量，鋪設焊劑後採用多絲埋弧焊打底焊接，然後採用埋弧焊進行填充蓋面層，整個焊接過程為單面焊接、雙面成型，減少了鋼板在焊接過程中的翻身作業，不依賴翻身起重設備，減少焊接過程中的配合時間，焊接速度快，焊接質量高。
附圖說明
圖1為《一種厚板單面焊接方法》實施例的兩塊鋼板對接處的坡口結構示意圖。
圖2為該發明實施例的打底焊道成型示意圖。
圖3為該發明實施例的首道蓋面層成型後的示意圖。
圖4為該發明實施例的剩餘蓋面層成型後的示意圖。
圖1～4中：1、鋼板；2、第一坡口；3、第二坡口；4、打底焊道；5、首道蓋面層；6、剩餘蓋面層。
權利要求
1.《一種厚板單面焊接方法》其特徵在於，包括以下步驟：S100、在兩塊鋼板的對接處開設單面“Y”型坡口，所述“Y”型坡口包括依次設定的第一坡口和第二坡口，所述第一坡口靠近所述“Y”型坡口的正面，所述第二坡口靠近所述“Y”型坡口的背面，所述第一坡口的坡口角度大於所述第二坡口的坡口角度；S200、在所述單面“Y”型坡口的背面鋪設焊劑後，採用多絲埋弧焊在所述“Y”型坡口處進行打底焊接；S300、打底焊接成型後，採用埋弧焊進行填充蓋面層。
2.根據權利要求1所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，所述第一坡口的坡口角度為100～150°，所述第二坡口的坡口角度為42～48°。
3.根據權利要求1所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，所述第二坡口的深度為25～32毫米；鈍邊高為5～7毫米；所述鈍邊之間的間隙為0～1毫米。
4.根據權利要求1所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，所述多絲埋弧焊採用的埋弧焊焊絲的直徑為4.8～6.4毫米，焊接電流為1100～1450安，電弧電壓為33～48伏，焊接速率為460～470毫米/分鐘。
5.根據權利要求4所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，所述多絲埋弧焊採用三根埋弧焊焊絲，分別為直徑4.8～5毫米的第一埋弧焊焊絲、直徑4.8～5毫米的第二埋弧焊焊絲和直徑6.3～6.5毫米的第三埋弧焊焊絲，採用所述第一埋弧焊焊絲焊接時的電流為1300～1450安，電弧電壓為33～36伏；採用所述第二埋弧焊焊絲焊接時的電流為1100～1250安，電弧電壓為41～44伏；採用所述第三埋弧焊焊絲焊接時的電流為1200～1250安，電弧電壓為45～48伏。
6.根據權利要求1所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，所述步驟S300具體包括以下步驟：S300a、打底焊接成型後，採用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊沿打底焊道表面的中心進行首道蓋面層的填充；S300b、所述首道蓋面層填充完成後，採用所述單絲埋弧焊或者所述雙絲埋弧焊在所述首道蓋面層的表面上進行剩餘蓋面層的填充。
7.根據權利要求6所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，所述單絲埋弧焊採用的埋弧焊焊絲為直徑4.9～5.1毫米的第四埋弧焊焊絲，焊接電流為700～800安，電弧電壓為32～36伏，焊接速率為20～26米/小時。
8.根據權利要求6所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，所述雙絲埋弧焊採用的埋弧焊焊絲為直徑相同的第五埋弧焊焊絲和第六埋弧焊焊絲，焊接速度均為28～30米/小時，所述第五埋弧焊焊絲的焊接電流為800～1000安，電弧電壓為38～43伏；所述第六埋弧焊焊絲的焊接電流為650～780安，電弧電壓為38～45伏。
9.根據權利要求1至8任一項所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，步驟S200中所述鋪設焊劑的具體步驟為：提供銅襯墊，採用焊劑自動鋪設小車在所述銅襯墊上鋪設焊劑，然後將鋼板移至所述銅襯墊的上方，通過所述銅襯墊上的電磁鐵將所述鋼板與所述銅襯墊吸合。
10.根據權利要求9所述的厚板單面焊接方法，其特徵在於，所述焊劑的厚度為4～6毫米，寬度為100～120毫米。
實施方式
《一種厚板單面焊接方法》的實施例提供的焊接方法包括以下步驟：
S100、在兩塊鋼板1的對接處開設單面“Y”型坡口，所述“Y”型坡口包括依次設定的第一坡口2和第二坡口3，所述第一坡口2靠近所述“Y”型坡口的正面，所述第二坡口3靠近所述“Y”型坡口的背面，所述第一坡口2的坡口角度大於所述第二坡口3的坡口角度；
S200、在所述單面“Y”型坡口的背面鋪設焊劑後，採用多絲埋弧焊在所述單面“Y”型坡口處進行打底焊接；
S300、打底焊接成型後，採用埋弧焊進行填充蓋面層。
於該實施例中，術語“Y”型坡口的正面是指“Y”型坡口背離銅襯墊的一面，術語“Y”型坡口的背面是指“Y”型坡口靠近銅襯墊的一面。
該實施例的焊接方法適用於30～45毫米厚的鋼板，鋼板的材質不受限制。
對於30～45毫米厚的鋼板，該實施例通過在兩塊鋼板1的對接處開設單面“Y”型坡口，該“Y”型坡口包括依次設定的第一坡口2和第二坡口3，第一坡口2靠近“Y”型坡口的正面，第二坡口3靠近“Y”型坡口的背面，第一坡口2的坡口角度大於第二坡口3的坡口角度，可以降低打底焊道的深寬比，減少打底焊接時的裂紋產生，坡口角度相對較小的第二坡口3設定在靠近“Y”型坡口的背面，可以減少打底焊的填充量；鋪設焊劑後採用多絲埋弧焊打底焊接，然後採用埋弧焊進行填充蓋面層，整個焊接過程為單面焊接、雙面成型，減少了鋼板1在焊接過程中的翻身作業，不依賴翻身起重設備，減少焊接過程中的配合時間，焊接速度快，焊接質量高。
如圖1所示，所述第一坡口2的坡口角度a為100～150°，所述第二坡口3的坡口角度b為42～48°，可以減少焊接的層數，同時保證兩個鋼板1的對接穩定性。
該實施例中，所述第二坡口3的深度h為25～32毫米；鈍邊高g為5～7毫米；所述鈍邊之間的間隙n為0～1毫米。通過對第二坡口3的深度h、鈍邊高g以及鈍邊之間的間隙n三個參數進行最佳化，可以保證靠近打底焊接時能夠焊透，同時防止根部燒穿。
該實施例中，所述多絲埋弧焊採用的埋弧焊焊絲的直徑為4.8～6.4毫米，焊接電流為1100～1450安，電弧電壓為33～48伏，焊接速率為460～470毫米/分鐘。按照該參數進行打底焊道4的焊接，可以將多絲埋弧焊的熱輸入量控制在一定範圍內，從而降低了對於設備、材料的選擇要求，鋼板接頭力學性能也能達到要求。
對於不同設定位置的埋弧焊焊絲，其焊接時所需要的焊接電流、電弧電壓均不一樣。優選地，所述多絲埋弧焊採用三根埋弧焊焊絲，分別為直徑4.8～5毫米的第一埋弧焊焊絲、直徑4.8～5毫米的第二埋弧焊焊絲和直徑6.3～6.5毫米的第三埋弧焊焊絲，採用所述第一埋弧焊焊絲焊接時的電流為1300～1450安，電弧電壓為33～36伏；採用所述第二埋弧焊焊絲焊接時的電流為1100～1250安，電弧電壓為41～44伏；採用所述第三埋弧焊焊絲焊接時的電流為1200～1250安，電弧電壓為45～48伏。上述打底焊的焊接參數是針對厚30～45毫米的鋼板而設定的特定的參數，根據該焊接參數可以使打底焊道4一次完成，不會留下焊疤、焊瘤等，節省了打磨處理時間，提高了焊接效率。
作為該發明優選的實施方式，所述步驟S300具體包括以下步驟：
S300a、打底焊接成型後，採用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊沿打底焊道表面的中心進行首道蓋面層5的填充；
S300b、所述首道蓋面層5填充完成後，採用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊在所述首道蓋面層5的表面上進行剩餘蓋面層6的填充。
該實施例的蓋面層的填充焊接按上述步驟分兩次進行，首道蓋面層5採用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊進行填充，剩餘蓋面層6採用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊進行填充，可以提高焊接質量和焊接效率。
其中，所述單絲埋弧焊採用的埋弧焊焊絲為直徑4.9～5.1毫米的第四埋弧焊焊絲，焊接電流為700～800安，電弧電壓為32～36伏，焊接速率為20～26米/小時。該實施例中的單絲埋弧焊焊接參數依據鋼板1的厚度和第二坡口3開設的角度而設定，按照該焊接參數可有效填充第一蓋面層5和/或剩餘蓋面層6。
其中，所述雙絲埋弧焊採用的埋弧焊焊絲為直徑相同的第五埋弧焊焊絲和第六埋弧焊焊絲，焊接速度均為28～30米/小時，所述第五埋弧焊焊絲的焊接電流為800～1000安，電弧電壓為38～43伏；所述第六埋弧焊焊絲的焊接電流為650～780安，電弧電壓為38～45伏。該雙絲埋弧焊焊接參數依據鋼板1的厚度和第一坡口2開設的角度而設定，按照該焊接參數可有效填充第一蓋面層5和/或剩餘蓋面層6。
步驟S200中所述鋪設焊劑的具體步驟為：提供銅襯墊，採用焊劑自動鋪設小車在所述銅襯墊上鋪設焊劑，然後將鋼板移至所述銅襯墊的上方，通過所述銅襯墊上的電磁鐵將所述鋼板與所述銅襯墊吸合，焊劑位於銅襯墊與鋼板1之間。於該實施例中，焊劑的寬度中心正對“Y”型坡口11的間隙中心。
優選地，所述焊劑的厚度為4～6毫米，寬度為100～120毫米。通過設定合適的寬度、厚度的焊劑於銅襯墊與鋼板1之間，可以保證焊接後的焊道的美觀。
下面以厚40毫米的兩塊鋼板的對接焊為例，來進一步說明該發明的技術方案。
1、開設坡口
兩塊鋼板1的對接處的坡口如圖1所示，坡口的具體尺寸參見表1。
板厚/毫米 | 第一坡口角度a/° | 第二坡口角度b/° | 第二坡口深度小時/毫米 | 鈍邊g/毫米 | 間隙n/毫米 |
40 | 120 | 45 | 32 | 6 | 0.5 |
2、鋪設焊劑
將銅襯墊清理乾淨後，利用焊劑自動鋪設小車鋪設底面焊劑（NSH-1RM），底面劑鋪設厚度約為5毫米，寬度約為100～120毫米。將焊接板材移到FCB工位，上升銅襯墊，將焊縫與鋪設襯墊方向對齊到平行位置。
將電磁鐵通電，使電磁鐵與板材反面吸合，並開啟壓縮空氣將空氣軟管通氣，壓力為0.1～0.12兆帕（相當於1～1.2千克/平方厘米）。在空氣軟管沖氣完畢後，用鋼管從鋼板表面沿焊接線進行錘擊，使底層焊劑與板材底面均勻地接觸。
3、多絲埋弧焊打底焊接
採用多絲埋弧焊進行打底焊接，焊接參數按照表2所示進行。
板厚/毫米 | 焊絲 | 焊絲直徑/毫米 | 焊接電流/安 | 電弧電壓/伏 | 焊接速度/分鐘/分鐘 |
40 | 第一 | 4.8 | 1300-1450 | 33-36 | 460-470 |
第二 | 4.8 | 1100-1250 | 41-44 | ||
第三 | 6.4 | 1200-1250 | 45-48 |
按照以上焊接參數焊接完成後，打底焊道成型見圖2所示。
4、埋弧焊填充蓋面焊接
完成打底焊接後，採用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊進行填充蓋面層。填充蓋面焊時，首道蓋面層5沿著打底焊道4表面的中心進行焊接，成型後的首道蓋面層5見圖3所示，完成後再進行剩餘蓋面層6的填充。焊接參數按照表3或表4所示選用單絲埋弧焊焊接參數或雙絲埋弧焊焊接參數進行焊接。剩餘蓋面層6填充完成後，參見圖4所示。
焊絲 | 焊絲直徑/毫米 | 焊接電流/安 | 電孤電壓/伏 | 焊接速度/米/小時 |
第四埋弧 焊焊絲 | 5.0 | 700-800 | 32-36 | 20-26 |
焊絲 | 焊絲直徑/毫米 | 焊接電流/安 | 電孤電壓/伏 | 焊接速度/米/小時 |
第五埋弧焊焊絲 | 4 | 800-1000 | 38-43 | 28-30 |
第六埋弧焊焊絲 | 4 | 650-780 | 38-45 | |
該發明提高了單面多絲埋弧焊法焊接在厚板拼接時的套用範圍及利用率，並將多絲埋弧焊的熱輸入量限制在一定範圍以內，從而降低了對於設備、材料的選擇要求，接頭力學性能也能達到要求。
該發明對比雙面埋弧焊有以下優點：（1）該發明焊接方法全過程為單面焊接雙面成型，對比雙面埋弧焊減少了焊接過程中的板件翻身作業，不依賴翻身起重設備，減少焊接過程中的配合時間；（2）雙面埋弧焊需將拼板件進行翻身後對另一面根部進行氣刨和打磨缺陷清理後才能進行後續焊接，該發明減少了焊接過程中的氣刨和打磨作業；（3）該發明基於單面多絲埋弧焊的高效，對比雙面埋弧焊，焊接的層數較大幅減少，焊接速度快。
採用該發明的方法套用於焊接，對於長72米的同一個分段拼板焊接（4條焊縫），焊接時間由原有的8天縮短為現在的4天，整體效率可以提高50％。
榮譽表彰
2020年11月，《一種厚板單面焊接方法》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。
