专利名称：高强度超厚结构钢板垂直焊接方法
技术领域：
本发明涉及高强度结构钢板的焊接，特别是一种高强度超厚(大于30mm)船用结构钢板垂直焊接方法。
背景技术：
目前国内对焊接板厚大于30mm的高强度船体结构钢垂直对接焊，均采用CO2半自动单面焊接方法。为确保焊缝的内在质量，焊接坡口为40°。这种焊接方法操作时人为因素较大，随着板厚增加，焊接的层数、道数相应成倍增加。在各层、道之间易产生夹渣、气孔、未焊透等焊接缺陷。如焊后通过射线检验发现焊接缺陷，对缺陷修补存在很大困难，难保质量。另外坡口角度的大小直接关系到填充金属量和工时的消耗。如焊接工作在舱室内，由于该钢种焊前需预热到120～150℃。焊工劳动强度大大增加，很难保证一次焊接成型。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的困难，提供一种高强度超厚船用结构钢板垂直焊接方法，目的在于提高焊接过程的机械自动化程度，实现不间断地连续焊接，提高焊接效率；避免人为因素的影响，提高一次焊接成功率；减轻焊接工人的劳动强度；减少焊接材料的消耗量和工时消耗量；提高劳动生产率和安全性，减少焊接的收缩量和变形值。
本发明的技术解决方案如下一种高强度超厚结构钢板垂直焊接方法，其特征在于所焊接的两钢板对接缝的坡口为32°，将CO2半自动焊枪夹固在一焊接辅助小车的焊枪支架上，该焊接辅助小车安装在焊缝旁固定的一条齿轮轨道上，焊接过程中，该焊接辅助小车在沿齿轮轨道上由下向上定向运动的同时，驱动焊枪摆动控制模块控制送丝机构自动送丝并在CO2气保护下进行自动焊接。
所述的高强度超厚结构钢板垂直焊接方法，包括下列步骤①.钢板对接缝的边缘制成斜坡，斜度为16°，两钢板对接缝的坡口为32°；②.安装齿轮轨道，在对接缝旁离焊接坡口边缘一定距离画一条平行直线，沿该平行直线固定一条齿轮轨道，并清洁轨道槽口；③.安装衬垫，清除焊缝中心线反面两侧各一定范围内的马脚、焊缝余高等障碍物并磨平后，在焊缝引出端必须安装两块扁铁，组成与焊接坡口形状、间隙相同的V形坡口熄弧板，将可挠曲的陶瓷衬垫的凹槽中心线对准焊缝中心线，并粘贴在坡口背面。在衬垫背面安置一条扁铁，该扁铁必须安装至熄弧板端头，当衬垫通过构架开口处时，在构架开口处利用木楔固定衬垫，其他位置用磁铁夹具固定衬垫；④.安装焊接辅助小车，将焊接辅助小车安装在齿轮轨道上，将CO2半自动焊的焊枪固定在该辅助小车的焊枪支架上，使辅助小车沿轨道爬行一次，检查焊枪中送出的焊丝是否对准整条焊缝中心线，如有偏差，将轨道调整到位；⑤.焊前预热，焊前必须将焊缝两侧预热；⑥.焊接辅助小车工作参数调整设定，根据焊缝的结构设计，选择并调整辅助小车控制模块面板上各旋钮；
⑦.选择相应的喷嘴和导电嘴；⑧.逐层焊接。
所述的焊前预热采用电加热，对焊缝两侧100mm范围内加热到120～150℃，测温点位于加热的反面离焊缝一侧50mm处。
所述的逐层焊接时要求①.底层焊接时，焊枪向下倾斜8°～10°；②.打底成形层，焊接电流为170～190A，电压为23～25V；③.以后各层，焊接电流为230～250A，电压为26～30V；④.打底各层的焊缝厚度控制在4～8mm；⑤.每层焊缝采用单道焊，只有当焊缝宽度大于45mm时，才采用多道焊；⑥.打底最后一层的高度应控制在离坡口表面1～1.5mm；⑦.盖面层焊接时，焊枪向下倾斜4～5°；·辅助小车上升速度偏慢；·焊丝两侧停留时间要偏短；·横向摆动速度要降低；⑧.焊接时各道焊缝必须焊出接头终端15～25mm，形成一个阶梯形；⑨.每道焊缝焊后必须彻底清除焊渣和缺陷后，才能焊接下一道焊缝；⑩.当风速超过2米/秒时，要安装专用防风装置。
所述的喷嘴直径应根据每道焊缝的开口宽度不同选择不同口径的锥形喷嘴打底层时，选用Φ12的锥形喷嘴，并配用端面Φ4外径的导电嘴，其他各道，尽量采用较大直径的喷嘴，并相应配用端面外径Φ6导电嘴，但应以喷嘴外侧不碰坡口边缘为前提。
所述焊接辅助小车工作参数，包括①.将模式选择开关设置到预定的焊枪摆动模式处；②.根据各道焊缝的宽度调整宽度摆幅；③.调节方向控制钮，将焊丝对准焊缝中心和两侧点；④.调节左右停止旋钮，设定左、右两点停留时间；⑤.调整小车焊接速度控制旋钮，按预设的速度调整，从数字显示荧屏上显示；⑥.将小车行走开关向上扳；⑦.根据预定的焊层厚度调节摆动速度旋钮，焊层厚，摆速慢，焊层薄，摆速快；⑧.调整喷嘴端面与前焊层表面距离(15～25mm范围)，焊接过程尽量不要调节；⑨.上述动作，预设确定到位后，最后扳动焊接接触器，开始焊接。
本发明的技术效果1.本发明将两钢板对接缝的坡口由40°缩减为32°，每米焊缝的填充金属减少2.4kg，大大减少了焊接材料的消耗量；2.采用将CO2半自动焊枪夹固在一焊接辅助小车的焊枪支架上，焊枪的运动和焊丝送丝机构的摆动都由焊接辅助小车驱动和控制，克服了人工操作的缺点，避免了人为因素对焊接质量的影响，大大提高了一次焊接的成功率；
3.随着机械自动化程序的提高，焊接管理人员可远离焊枪操控，可不间断地连续焊接，大大提高了焊接效率，大大减轻了焊接人员的劳动强度，也解决了舱室内的焊接难度；4.试用证明，本发明减少了焊接的收缩量和变形值，有利于控制船体变形，有利于缩短船体建造周期。
图1是焊接辅助小车摆动控制模块示意图。
图2是焊接坡口示意图。
图3是焊丝摆动示意图。
图4是焊枪摆动模式。
图中1-摆动幅度选择钮 2-摆动速度钮 3-右停钮4-左停钮 5-方向控制钮 6-行走开关钮；7-行走速度钮 8-模式选择开关钮 9-开始/停止钮10-焊接接触器11-数字显示屏。
具体实施例方式本发明高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，主要用于板厚在30毫米以上的EH32-36钢板垂直对接缝的焊接。
本发明高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，基本要点是所焊接的两钢板对接缝的坡口为32°，将CO2半自动焊枪夹固在一焊接辅助小车的焊枪支架上，该焊接辅助小车安装在焊缝旁的一条齿轮轨道上，焊接过程中，该焊接辅助小车在沿该齿轮轨道由下向上定向移动的同时，驱动焊枪摆动控制模块控制送丝机构自动送丝，并在CO2气体保护下进行自动焊接。
现以高强度船体结构钢板EH36垂直对接缝的焊接为例，具体说明本发明垂直焊接方法的全过程。
焊接设备由CO2半自动焊机(焊接电流、送丝机构、焊枪等)和焊接辅助小车及道轨组成；焊接电源原则上输出额定电流500A的CO2半自动焊机各种型号的电源均能使用。
送丝机构在常用的送丝机构上另安装指针式电流表、电压表。
焊枪使用沪东型的“CO2”焊枪，并将原焊枪的鹅颈直线段加长至70mm，以便焊接辅助小车的焊枪支架牢固夹住。
焊接辅助小车通过驱动器在齿轮轨道上移动。驱动器上装有焊枪摆动控制模块。
焊枪摆动控制模块的面板的调节旋钮如图1所示。
焊接材料，焊接EH32、EH36高强度钢必须采用3Y级CO2焊丝。焊丝采用TWE-711或SF-3的Φ1.2、Φ1.4焊丝。
本发明垂直焊接方法包括下列步骤①.钢板对接缝的边缘制成斜坡，斜度为16°，两钢板对接缝的坡口为32°②.安装齿轮轨道，在对接缝旁离焊接坡口边缘一定距离画一条平行直线，沿该平行直线固定一齿轮轨道，并清洁轨道槽口；③.安装衬垫，清除焊缝中心反面两侧各40mm范围内的马脚，焊缝余高等障碍物产磨平后，在焊缝引出端安装两块扁铁，组成与焊接坡口形状和间隙相同的V形坡口熄弧板，将可挠曲的陶瓷衬垫的凹槽中心线对准焊缝中心线放置，并粘贴在坡口背面。在该衬垫背面安置一条扁铁，该扁铁必须安装至熄弧板端头，当衬垫通过构架开口处时，在构架开口处利用本楔固定衬垫，其他位置用磁铁夹具固定衬垫；④.安装焊接辅助小车，将焊接辅助小车安装在齿轮轨道上，将CO2半自动焊枪固定在该辅助小车的焊枪支架上；使辅助小车由下往上爬行一次，检查焊枪中送出的焊丝是否对准整条焊缝中心，如有偏差，将轨道调整到位；⑤.焊前预热，焊前必须使焊缝两侧100mm范围内采用电加热进行预热达到120-150℃，测温点在电加热反面离焊缝一侧50mm处；⑥.焊接辅助小车工作参数调定焊接辅助小车作用，除小车行走控制焊接速度外，主要是调节焊枪在焊接坡口内的各种运行动作，对每层的焊缝宽度、厚度、上升速度是通过调节控制模块面板上的各种旋钮进行控制的(见图1)。
1)焊枪左右方向控制旋钮(5)是将支架上的焊枪中伸出的焊丝对准焊缝间隙中心。
2)摆宽幅度旋钮(1)是调节每层焊缝的宽度，焊前将焊丝调整至每层焊道与坡口的左右交界点，见图4。摆动最大幅度为50mm。
3)摆动速度旋钮(2)主要是调节焊丝在焊缝坡口内的摆动速度，以控制每道焊缝的厚度。
4)停顿旋钮(3、4)主要是调节焊丝运行至两侧时的焊丝停留时间，0-3秒可调。旋钮(3)为右停，旋钮(4)为左停。
5)小车行走开关(6)，向上为向上行走，向下为下行走。
6)小车行走速度控制旋钮(7)，控制小车空车和焊接过程的焊接速度。
7)模块控制开关(9)(开始/停止)8)焊枪横向摆动模式选择开关(8)根据焊缝坡口形状和每道焊缝的宽度，以及上升速度的不同要求，焊枪在坡口内有4种不同形式的摆动模式可供选择，见图4。
9)焊接接触器(10)；10)数字显示荧屏(11)有三种显示模式a.预置速度—当小车行走开关处于OFF或马达过载使机器停止时显示。
b.连续测量速度—当模式选择开关设为RUN或NO WEAVE时显示。
c.尝试速度—当模式选择开关打在STEP或STOP ON DWELL时小车的运动在以预置速度移动及停止之间交替。为了防止显示在零速度及实际速度之间波动，显示在每次小车步骤快结束时测量行走速度，该速度将持续被显示直至另一次小车速度被调整，它可提供所测速度的稳定显示。
⑦.喷嘴与导电嘴的选择为提高厚板焊接效率，所选用的坡口角度仅为32°，因此在焊接各道焊缝时，确保焊丝伸出长不大于25mm的前提下，各道的喷嘴直径应根据每道焊缝的开口宽度不同选择不同的口径(Φ12、Φ14、Φ16)锥形喷嘴。
1)打底层选用Φ12的锥形喷嘴，并配用端面Φ4外径的导电嘴，以确保气体流量畅通，并防止飞溅阻塞喷嘴孔。
2)以后各道选用喷嘴直径的原则是焊枪在坡口内摆动时，当焊丝伸出长度小于25mm，焊丝中心对准前道焊缝坡口两侧点时，以喷嘴外侧不碰坡口边缘为前提，尽量采用较大直径的喷嘴，并相应增加导电嘴端面外径尺寸。
⑧.逐层焊接1)底层焊接时，焊枪向下倾斜8°～10°；2)打底成形层，焊接电流为170～190A，电压为23～25V；3)以后各层，焊接电流控制在230～250A，电压26～30V(根据焊丝伸出长度调节相适应的电弧电压)；4)打底各层的焊缝厚度控制在4～8mm，一般焊接各层的电流、电压不要太多变化，基本不要调节，通过改变两侧停留时间，摆动速度和小车行走速度来调节焊层厚度。
5)每层焊缝采用单道焊，只有当焊缝宽度超过45mm以上时才采用多道焊；6)打底层最后一层的高度必需控制在离坡口表面1～1.5mm范围内；7)盖面层焊接时，焊枪向下倾斜4°～5°；·辅助小车上升速度要偏慢；·焊丝两侧停留时间要偏短；·横向摆动速度适当降低。
8)焊接时各道焊缝必须焊出接头终端15～25mm，形成一阶梯形；9)每道焊缝焊后，必须彻底清除焊渣和缺陷后，才能焊接下一道焊缝；10)当风速超过2米/秒时，要安装专用防风装置。
本发明经试用证明，具有下列优点
1.本发明将两钢板对接缝的坡口由40°缩减为32°，每米焊缝的填充金属减少2.4kg，大大减少了焊接材料的消耗量；2.采用将CO2半自动焊枪夹固在一焊接辅助小车的焊枪支架上，焊枪的运动和焊丝送丝机构的摆动都由焊接辅助小车驱动和控制，克服了人工操作的缺点，避免了人为因素对焊接质量的影响，大大提高了一次焊接的成功率；3.随着机械自动化程序的提高，焊接管理人员可远离焊枪操控，可不间断地连续焊接，大大提高了焊接效率，大大减轻了焊接人员的劳动强度，也解决了舱室内的焊接难度；4.本发明可对厚度超过30mm的高强度结构钢板进行自动连续焊接，而且焊接的收缩量和变形值较小，有利于控制船体变形，有利于缩短船体建造周期。
权利要求
1.一种高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，其特征在于所焊接的两钢板对接缝的坡口为32°，将CO2半自动焊枪夹固在一焊接辅助小车的焊枪支架上，该焊接辅助小车安装在沿焊缝旁固定的一齿轮轨道上，焊接过程中，该焊接辅助小车在齿轮轨道上由下向上定向运动的同时，驱动焊枪摆动控制模块控制送丝机构自动送丝并在CO2气保护下进行自动焊接。
2.根据权利要求1所述的高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，其特征在于包括下列步骤①.钢板对接缝的边缘制成斜坡，斜度为16°，两钢板对接缝的坡口为32°；②.安装齿轮轨道，在对接缝旁离焊接坡口边缘一定距离画一条平行直线，沿该平行直线固定一齿轮轨道，并清洁轨道槽口；③.安装衬垫，清除焊缝中心线反面两侧各一定范围内的马脚、焊缝余高等障碍物并磨平后，在焊缝引出端必须安装两块扁铁，组成与焊接坡口形状、间隙相同的V形坡口熄弧板，可挠曲的陶瓷衬垫的凹槽中心线对准焊缝中心线放置，并粘贴在坡口背面，在衬垫背面安置一条扁铁，该扁铁必须安装至熄弧板端头，当衬垫通过构架开口处时，在构架开口处利用木楔固定衬垫，其他位置用磁铁夹具固定衬垫；④.安装焊接辅助小车，将焊接辅助小车安装在齿轮轨道上，将CO2半自动焊的焊枪固定在该辅助小车的焊枪支架上；使辅助小车沿轨道爬行一次，检查焊枪中送出的焊丝是否对准整条焊缝中心，如有偏差，将轨道调整到位；⑤.焊前预热，焊前必须将焊缝两侧预热；⑥.焊接辅助小车工作参数调整设定，根据焊缝的结构设计，选择并调整辅助小车控制模块面板上各旋钮；⑦.选择相应的喷嘴和导电嘴；⑧.逐层焊接。
3.根据权利要求2所述的高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，其特征在于所述的焊前预热采用电加热，对焊缝两侧100mm范围内加热到120～150℃，测温点位于加热的反面离焊缝一侧50mm处。
4.根据权利要求2所述的高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，其特征在于所述的逐层焊接时要求①.底层焊接时，焊枪向下倾斜8°～10°；②.打底成形层，焊接电流为170～190A，电压为23～25V；③.以后各层，焊接电流为230～250A，电压为26～30V；④.打底各层的焊缝厚度控制在4～8mm；⑤.每层焊缝采用单道焊，只有当焊缝宽度大于45mm时，才采用多道焊；⑥.打底最后一层的高度应控制在离坡口表面1～1.5mm；⑦.盖面层焊接时，焊枪向下倾斜4°～5°；·辅助小车上升速度偏慢；·焊丝两侧停留时间要偏短；·横向摆动速度要降低；⑧.焊接时各道焊缝必须焊出接头终端15～25mm，形成一个阶梯形；⑨.每道焊缝焊后，必须彻底清除焊渣和缺陷后，才能焊接下一道焊缝；⑩.当风速超过2米/秒时，要安装专用防风装置。
5.根据权利要求2所述的高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，其特征在于所述的喷嘴直径应根据每道焊缝的开口宽度不同选择不同口径的锥形喷嘴打底层时，选用Φ12的锥形喷嘴，并配用端面Φ4外径的导电嘴，其他各道，尽量采用较大直径的喷嘴，并相应配用端面外径Φ6导电嘴，但应以喷嘴外侧不碰坡口边缘为前提。
6.根据权利要求2所述的高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，其特征在于所述焊接辅助小车工作参数，包括①.将模式选择开关(8)设置到预定的焊枪摆动模式处；②.根据各道焊缝的宽度调整宽度摆幅(1)；③.调节方向控制旋钮(5)，将焊丝对准焊缝中心和两侧点；④.调节左右停止旋钮(3)、(4)，设定左、右两点停留时间；⑤.调整小车焊接速度控制旋钮(7)，按预设的速度调整，从数字显示荧屏(11)上显示；⑥.将小车行走开关(6)向上扳；⑦.根据预定的焊层厚度调节摆动速度旋钮(2)，焊层厚，摆速慢，焊层薄，摆速快；⑧.调整喷嘴端面与前焊层表面距离(15～25mm范围)，焊接过程尽量不要调节；⑨.上述动作预设确定到位后，最后扳动焊接接触器(10)，开始焊接。
全文摘要
一种高强度超厚结构钢板的垂直焊接方法，其特征在于所焊接的两钢板对接缝的坡口为32°，将CO
文档编号B23K9/12GK1490118SQ0314190
公开日2004年4月21日 申请日期2003年7月29日 优先权日2003年7月29日
发明者芮树祥 申请人:沪东中华造船(集团)有限公司