双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法
【专利摘要】一种双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，施工步骤如下：清理杂物，对不锈钢制储罐壁板的焊接位置进行坡口处理，焊接定位焊，选择焊枪设备，主焊炬和辅焊炬分别从焊缝的内、外两侧同时对准同一熔池，两者同步起弧，辅焊炬跟随主焊枪同步移动，以同样的速度沿同一个方向进行焊接，主焊炬和辅焊炬同时收弧。本发明的双人双面同步钨极脉冲氩弧对焊方法，对焊缝的内侧成形起到了保护和熔透作用，防止焊缝出现氧化、焊瘤、未焊透等缺陷，免去了内侧清根、打磨、再焊接等工序，对比现有技术，该方法具有方法简单和易于实现的优点，大大提高了生产效率，而且降低了工人的劳动强度。
【专利说明】双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢制储罐罐壁的焊接方法，特别是一种不锈钢材质储罐壁板的立 缝和环缝氩弧焊双枪同时内外双面焊接的施工方法。
【背景技术】
[0002] 钢制储罐属于壁板的厚度从上至下依次递增型的焊接容器，其焊缝多，板厚种类 多，施工中时常会产生较大的波浪变形。不锈钢储罐作为钢制储罐容器的一种，其不锈钢材 质大多以奥氏体不锈钢为主（如SUS304、SUS315L、307等），奥氏体不锈钢导热系数小而膨 胀系数大，焊接时更易于产生较大变形和焊接应力，而且目前在不锈钢容器设备制造过程 中，经常会遇到一些不锈钢容器设备上主要的立、环缝都要求全焊透，并且要进行X射线检 测。
[0003] 对于不锈钢材质的储罐，传统的制作工艺是在壁板上加工坡口，然后进行组对焊 接。常用的焊接方法有直流钨极氩弧焊、钨极氢弧焊以及与本发明最为相近的单人双面手 工电弧焊。
[0004] 直流钨极氩弧焊焊接相对手工电弧焊来说氩弧焊施焊过程中没有飞溅，没有熔 渣，外侧焊道成型美观，但由于不锈钢的亲氧特性，其内侧易氧化产生黑流、碳化，必须要进 行清根操作再施焊，焊接次数依然很多，同时增加了操作人员的劳动强度，生产效率不高。 为了不锈钢焊接时避免内侧焊缝氧化，现在往往在外侧氩弧焊打底焊接时采取一系列的防 氧化措施：如焊缝内侧充Ar防氧化法、焊缝内侧充N2防氧化法、内侧自保护氩弧焊打底防 氧化法等。这些防氧化措施的应用保证了不锈钢板之间焊接时焊缝内侧的成形和质量，但 同时也大大增加了焊接成本。
[0005] 钨极氢弧焊本身过程稳定，使用成本低，但焊缝熔深较浅，熔透率较低，只适合焊 接3mm厚度以内钢板，不适合焊接厚板，常规直流钨极氢弧焊也易出现气孔敏感性高，接头 塑性较差，影响焊缝成形及质量的技术问题。
[0006] 单人双面手工电弧焊即首先在罐壁焊缝处的外侧打底施焊，内侧清根后盖面，最 后到外侧将原先打底处盖面。手工电弧焊本身飞溅较大，焊缝内应力大，焊接时由于单面应 力的作用，容易产生焊接变形，需要在内侧清根后再加热施焊。这种单人双面先后焊接的施 工方式增加了焊缝两侧的受热次数同时加大了焊缝变形的几率；同时常用的清根(去除焊 缝根部的渣壳）方法包括碳弧气刨和人工磨光两种，前者对工人的技术水平要求高，操作不 当，容易产生渗碳、夹渣、烧穿等缺陷，从而影响后道工序的焊接施工，后者则会使焊缝宽窄 不齐、高低不平效率低下很大机率影响后续盖面焊的成型。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，要解决不 锈钢材质的储罐壁板焊接中使用单人双面手工电弧焊本身飞溅较大，焊缝内应力大，由于 单面应力的作用，容易产生焊接变形，增加了焊缝的受热次数同时加大了焊缝变形的几率 的技术问题；还要解决使用氩弧焊时，内侧易氧化产生黑流、碳化，需进行清根操作，焊接次 数多，工人劳动强度大，生产效率不高的技术问题，防氧化措施也无法保证不锈钢板之间焊 接时焊缝内侧的成形和质量，同时还大大增加了焊接成本；并解决使用钨极氢弧焊时焊缝 熔深较浅，熔透率较低，板厚适应范围窄，易出现气孔敏感性高，接头塑性较差，影响焊缝 成形及质量的技术问题。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，施工步骤如下： 步骤一，清理杂物：对不锈钢制储罐壁板组对前，首先把焊缝两侧的铁锈、油污、氧化物 等杂质清理干净； 步骤二，对不锈钢制储罐壁板的焊接位置进行坡口处理； 步骤三，焊接定位焊：两块不锈钢制储罐壁板组对时根据板材的厚度预留间隙，预留的 间隙为1. 5?2. 5mm，并使用手工氩弧焊焊接定位，每段定位焊的长度为10mm，相邻两段定 位焊的间隔为150?200mm，且在组对时确保对口错边量在允许的公差范围之内； 步骤四，选择焊枪设备：焊缝的外侧为主焊炬，焊枪设备为MSM-400逆变直流高频脉冲 氩弧焊机，焊缝的内侧为辅焊炬，焊枪设备为ZXT-400STG直流氩弧焊焊机； 步骤五，起焊：在壁板的焊缝两侧各设有一个焊工，外侧选择与壁板相匹配的焊丝，内 侧根据壁板的板厚选择填充焊丝或不填充焊丝，主焊炬和辅焊炬分别从焊缝的内、外两侧 同时对准同一熔池，主焊炬在前，辅焊炬落后于主焊炬，两者的间距始终保持为一个熔池长 度以起到保护作用，保持主焊炬、辅焊炬和焊丝与壁板之间的夹角固定，两者同步起弧，辅 焊炬跟随主焊枪同步移动，以同样的速度沿同一个方向进行焊接； 步骤六，收焊：主焊炬和辅焊炬同时收弧，且收弧之后两个焊炬均继续充氩气3s?5s。
[0009] 所述步骤二中，不锈钢制储罐壁板的坡口处理要求如下： 当壁板厚度< l〇mm时，不打坡口， 当10mm <壁板厚度< 16mm时，打带钝边单面V型坡口，错边量不得大于1mm, 当壁板厚度> 16mm时，打磨内外双V坡口即X型坡口。
[0010] 所述步骤四中，主焊炬和副焊炬均为逆变式直流正接法，使用时保持主焊炬的电 流为132?143A，电压为14?16V，氩气的流量为8?12L/min ;保持副焊炬的电流为41? 62A，电压为8?10V，氩气的流量为8?12L/min。
[0011] 所述步骤五中，填充焊丝的要求如下： 当壁板厚度< l〇mm时,焊缝的外侧填充焊丝，内侧不填充焊丝， 当10_ <壁板厚度< 16_时，焊缝的内侧和外侧同时填充焊丝打底，打底完毕后由于 打磨的是单面V型坡口，因此外侧需要药皮手工电焊盖面以加强焊缝强度， 当壁板厚度> 16_时，焊缝的内侧和外侧同时填充焊丝打底，打底完毕后由于打磨的 是X型双V型皮口，因此内侧和外侧都需要药皮手工电焊盖面以加强焊缝强度，盖面顺序是 内侧先盖面，外侧再盖面，防止收缩变形。
[0012] 所述步骤五中，主焊炬与壁板表面呈75°?85°夹角，外侧填充的焊丝与水平面 呈15°?20°夹角，辅焊炬与壁板表面呈80°?90°夹角，内侧填充的焊丝与水平面呈 15。?20°夹角。
[0013] 所述步骤五中，一个熔池长度为不大于3_。
[0014] 所述步骤五中，外侧焊工匀速焊接，若焊缝出现过高，内侧焊工加快焊速，让内侧 电弧适当超前外侧熔池，促使外侧焊工及时加快焊接速度；若焊缝出现内凹，内侧焊工按照 敲击储罐壁板发出声响的预定方式通知外侧焊工减慢焊接速度同时加快送外侧焊丝的速 度，以达到内外两侧良好的配合。
[0015] 与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果： 本发明提供了一种双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，是采用双焊枪从焊缝 内外两侧同时对准同一熔池施焊，以同样的速度沿同一个方向进行焊接。实际上是利用内 夕卜侧焊枪作为热源焊炬使得内外两侧的两个电弧同时对同一熔池加热，以获得所需要的熔 深，使得焊接熔池及周围正反位置可以在氩气的充分保护和双焊炬的集中高热能作用下进 行焊接。并且由于氩弧焊的明弧特点，内侧焊工完全能够看清外侧焊工焊接的熔池位置，并 对准正面熔池进行保护，同时起到联合加热熔化的作用，使得焊接母材能够充分熔透。
[0016] 本发明利用双面焊枪的电弧作用形成一个向上、向中间的托力，并与熔池的表面 张力共同对熔池起着支承作用，从而防止熔池金属下滴而获得完美的焊缝，焊缝表面基本 呈银白色或金黄色光泽。并且在双氩弧焊双弧的吹力作用下，改善熔池金属的流动性，双弧 的热能得到充分发挥，外侧使用高频脉冲氩弧焊机其闪弧穿透的优越能力，提高了熔透厚 度。使得双面氩弧焊接工艺可以应用到更厚的钢板焊接施工当中。
[0017] 本发明克服了钨极氢弧焊熔深焊缝深度较浅的缺陷，利用对焊原理加大了熔透深 度，采用高频脉冲氩弧焊有效降低焊缝的气孔敏感性，提高接头性能，提高焊接质量，并再 次加大了可以焊接钢板厚度的范围。
[0018] 本发明由于在焊缝内外侧同时焊接，电弧能量密度加大，能量更加集中，使受热面 积和热影响区域小，相应减少了焊接应力，降低了热裂纹及在热裂纹倾向，焊后发现焊接变 形和裂纹机率很小。内外侧双电弧加热熔化使得l〇mm以内厚度的构件焊缝上下接头不需 要打磨坡口，即可一次焊透成形免去内侧清根。
[0019] 本发明使焊缝受热次数减少控制了焊接变形，提高了焊接速度，减少了焊缝金属 填充量，防止了氢脆和氧化的产生。本发明节省手工电弧焊所用时间的2/3,焊接快速，并且 同时也节省了坡口加工的时间。
[0020] 本发明的双人双面同步钨极脉冲氩弧对焊方法，对焊缝的内侧成形起到了保护和 熔透作用，防止焊缝出现氧化、焊瘤、未焊透等缺陷，免去了内侧清根、打磨、再焊接等工序， 对比现有技术，该方法具有方法简单和易于实现的优点，大大提高了生产效率，而且降低了 工人的劳动强度。
[0021] 本发明可广泛应用在碳钢储罐设备和镁铝合金容器。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0023] 图1是本发明的施工的侧视示意图。
[0024] 图2是本发明的施工的立体示意图。
[0025] 附图标记：1 一主焊炬、2 -辅焊炬、3 -不锈钢制储罐壁板、4 一焊丝、5 -氩气、 6 -坡口。
【具体实施方式】
[0026] 本实施例用焊接SUS304材质的不锈钢制储罐壁板焊接不锈钢制储罐做为说明， 待制成的不锈钢制储罐直径为12m，高度为21m，共计14圈壁板，每圈壁板板高1. 5m，厚度自 下而上依次为 16mm, 14mm, 12mm, 12mm, 10mm, 10mm, 8mm, 8mm, 8mm, 6mm, 6mm, 6mm, 6mm, 6mm〇
[0027] 实施例采用双人双面同步钨极脉冲氩弧对焊方法，焊缝的外侧为主焊炬，焊枪设 备为MSM-400逆变直流高频脉冲氩弧焊机，焊缝的内侧为辅焊炬，焊枪设备为ZXT-400STG 直流氩弧焊焊机。
[0028] MSM-400逆变直流高频脉冲氩弧焊机：焊接电流以每秒几千次甚至几万次的极高 频率变化着，这样的高频率脉冲电流使电弧的磁收缩效应比较强烈，电弧直径受到的压缩 更为激烈，增强了电弧的挺度、力度和熔化深度，同时使熔池能很好的搅拌，改变了焊缝的 冶金性能，特别适合铝及铝合金以及不锈钢的焊接。高频脉冲电弧产生的压力还导致超声 振动，它可以增强熔化金属的流动性，这些都有利于细化晶粒，减少焊缝气孔，使焊缝成形 美观。在焊接电流平均值相等的情况下，高频脉冲钨极氩弧焊速度可比普通钨极氩弧焊提 高一倍，这就必然缩短焊缝金属在高温的停留时间，加大钢板的熔透厚度，对改善奥氏体不 锈钢耐蚀性是有益的。
[0029] ZXT-400STG直流氩弧焊焊机：是氩弧焊机里的普通钨极惰性气体保护电弧焊简 称，应用最广泛的一种，属于非熔化极惰性气体保护焊，焊接时钨极只起到导电作用，不做 填充金属（不熔化），如需要填充另加焊丝，氩气通过焊枪进入焊接区，钨极和被焊工件之 间通电产生电弧，电弧在惰性气体的气氛中燃烧。氩气在焊接过程中钨极、工件、填充焊丝 不发生任何化学、冶金作用。惰性气体保护焊最显著的特点是电弧燃烧稳定，能有效地隔 绝周围的空气，使熔池、填充焊丝不被氧化和氮化，因而能获得高质量的焊缝，且能进行 全位置焊接。
[0030] 这种双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，施工步骤如下： 步骤一，清理杂物：对不锈钢制储罐壁板3组对前，首先把焊缝两侧的铁锈、油污、氧化 物等杂质清理干净。
[0031] 步骤二，对不锈钢制储罐壁板3的焊接位置进行坡口 6处理，要求如下： 当壁板厚度< l〇mm时，不打坡口， 当10mm <壁板厚度< 16mm时，打带钝边单面V型坡口，错边量不得大于1mm，参加图1 所示， 当壁板厚度> 16mm时，打磨内外双V坡口即X型坡口，参见图2所示， 步骤三，焊接定位焊：两块不锈钢制储罐壁板3组对时根据板材的厚度预留间隙，预留 的间隙为1. 5?2. 5mm，并使用手工氩弧焊焊接定位，每段定位焊的长度为10mm，相邻两段 定位焊的间隔为150?200mm，且在组对时确保对口错边量在允许的公差范围之内； 主焊炬1和副焊炬2均为逆变式直流正接法，主焊炬的电流为132?143A，电压为14? 16V，氩气的流量为8?12L/min ;副焊炬的电流为41?62A，电压为8?10V，氩气的流量为 8?12L/min，主要是对焊缝的内侧成形起保护和熔透的作用，以防止焊缝出现氧化、焊瘤、 未焊透等得缺陷。
[0032] 步骤四，选择焊枪设备：参见图2所示，焊缝的外侧为主焊炬，焊枪设备为焊枪设 备为MSM-400逆变直流高频脉冲氩弧焊机，焊丝直径为Φ 2. 5mm ;焊缝的内侧为辅焊炬，焊 枪设备为ZXT-400STG直流氩弧焊焊机。
[0033] 步骤五，起焊：参见图1所示，在壁板的纵环焊缝两侧各设有一个焊工，外侧填充 与母材相匹配的焊丝4,内侧根据壁板板厚选择填充焊丝或不填充焊丝，在焊接位置进行横 焊或立焊，主焊炬和辅焊炬分别从焊缝的内、外两侧同时对准同一熔池，主焊炬在前，辅焊 炬落后于主焊炬，两者的间距始终保持为一个熔池长度以起到保护作用，一个熔池的长度 为不大于3_，两者同步起弧，辅焊炬跟随主焊枪同步移动，以同样的速度沿同一个方向进 行焊接； 外侧焊工匀速焊接，主焊炬与壁板表面呈75°至85°夹角，外侧填充的焊丝与水平面 呈15°至20°夹角，辅焊炬与壁板表面呈80°至90°夹角，内侧填充的焊丝与水平面呈 15°至20°夹角。
[0034] 外侧焊工在保证焊缝饱满的条件下，应尽量使焊接速度稳定，为反面焊工配合创 造良好条件，反面焊工根据熔池的流动性，在保证即焊透又饱满的情况下，调节好电流。若 焊缝出现过高，内侧焊工加快焊速，让内侧电弧适当超前外侧熔池，促使外侧焊工及时加快 焊接速度；若焊缝出现内凹，内侧焊工按照敲击储罐壁板发出声响等预定方式通知外侧焊 工减慢焊接速度同时加快送外侧焊丝的速度，以达到内外两侧良好的配合。
[0035] 步骤六，收焊：主焊炬和辅焊炬同时收弧，且收弧之后继续充氩气5持续3s?5s。
[0036] 所述步骤五中，填充焊丝的要求如下： 当壁板厚度< l〇mm时，焊缝的内侧不填充焊丝，防止反面加焊丝掩盖熔池流动情况， 造成未焊透缺陷，只要保证焊透和平滑的反面成型即可，直流氩弧焊焊机尽量选用较小电 流范围为41?52A。
[0037] 当10mm<壁板厚度彡16mm时，焊缝打底时需要内侧外侧同时填丝焊接，焊接时内 侧焊工要对准正面焊接熔池位置进行填充，滞后〇_到3_，尽量不要超前。打底完毕后由 于打磨的是单面V型坡口，因此外侧需要药皮手工电焊盖面以加强焊缝强度。
[0038] 当壁板厚度> 16mm时，焊缝的内侧外侧打底同时填充焊丝。打底完毕后由于打磨 的是X型双V型皮口，因此外侧与内侧都需要药皮手工电焊盖面，盖面顺序是内侧反面先盖 面，之后是外侧正面再盖面，防止收缩变形。
[0039] 经过试验表明，传统单侧使用普通直流氩弧焊机焊接时，在壁板不打坡口的情况 下焊缝熔深深度为2mm?3mm ;单侧使用焊接设备MSM-400逆变直流高频脉冲氩弧焊机，其 因脉冲本身的特点，在壁板不打坡口的情况下焊缝熔深深度为l〇mm ;打单面V型坡口的情 况下焊缝烙深深度为6mm?8mm ;打双面V型坡口的情况下焊缝烙深深度为12mm?16mm。
[0040] 而本发明中提到的双人双面同步鹤极脉冲氦弧焊，当10mm <壁板厚度彡16mm时 为单面V型坡口，可以避免打双面坡口来进行焊接熔透，填加焊丝稍微盖面即可，外侧进行 盖面加强强度，因内侧不用在另外填充焊丝，所以更节约人工和时间。
[0041] 当壁板厚度> 16_时，采用X型双面坡口，本发明也可以应用。即两侧使用对焊打 底，内侧无需清根，内外打底完后先内侧盖面后外侧盖面以防止壁板变形，在壁板的厚度较 厚时可以省去清根所浪费的时间，这也意味着利用本发明对厚度较大的壁板进行焊接时， 依旧可以使用脉冲对焊来进行打底施焊以体现对焊的成型优点。
【权利要求】
1. 一种双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，其特征在于，施工步骤如下： 步骤一，清理杂物：对不锈钢制储罐壁板（3)组对前，首先把焊缝两侧的铁锈、油污、氧 化物等杂质清理干净； 步骤二，对不锈钢制储罐壁板（3)的焊接位置进行坡口（6)处理； 步骤三，焊接定位焊：两块不锈钢制储罐壁板（3)组对时根据板材的厚度预留间隙，预 留的间隙为1. 5?2. 5mm，并使用手工氩弧焊焊接定位，每段定位焊的长度为10mm，相邻两 段定位焊的间隔为150?200mm，且在组对时确保对口错边量在允许的公差范围之内； 步骤四，选择焊枪设备：焊缝的外侧为主焊炬（1 )，焊枪设备为MSM-400逆变直流高频 脉冲氩弧焊机，焊缝的内侧为辅焊炬（2)，焊枪设备为ZXT-400STG直流氩弧焊焊机； 步骤五，起焊：在壁板的焊缝两侧各设有一个焊工，外侧选择与壁板相匹配的焊丝 (4)，内侧根据壁板的板厚选择填充焊丝或不填充焊丝，主焊炬（1)和辅焊炬（2)分别从焊 缝的内、外两侧同时对准同一熔池，主焊炬在前，辅焊炬落后于主焊炬，两者的间距始终保 持为一个熔池长度以起到保护作用，保持主焊炬、辅焊炬和焊丝与壁板之间的夹角固定，两 者同步起弧，辅焊炬跟随主焊枪同步移动，以同样的速度沿同一个方向进行焊接； 步骤六，收焊：主焊炬和辅焊炬同时收弧，且收弧之后两个焊炬均继续充氩气（5) 3s? 5s〇
2. 根据权利要求1所述的双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，其特征在于： 所述步骤二中，不锈钢制储罐壁板的坡口（6)处理要求如下： 当壁板厚度< l〇mm时，不打坡口， 当10mm <壁板厚度< 16mm时，打带钝边单面V型坡口，错边量不得大于1mm, 当壁板厚度> 16mm时，打磨内外双V坡口即X型坡口。
3. 根据权利要求1所述的双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，其特征在 于：所述步骤四中，主焊炬和副焊炬均为逆变式直流正接法，使用时保持主焊炬的电流为 132?143A，电压为14?16V，氩气的流量为8?12L/min ;保持副焊炬的电流为41?62A， 电压为8?10V，氩气的流量为8?12L/min。
4. 根据权利要求1或2所述的双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，其特征在 于：所述步骤五中，填充焊丝的要求如下： 当壁板厚度< l〇mm时,焊缝的外侧填充焊丝，内侧不填充焊丝， 当10_<壁板厚度< 16_时，焊缝的内侧和外侧同时填充焊丝打底，打底完毕后由于 打磨的是单面V型坡口，因此外侧需要药皮手工电焊盖面以加强焊缝强度， 当壁板厚度> 16_时，焊缝的内侧和外侧同时填充焊丝打底，打底完毕后由于打磨的 是X型双V型皮口，因此内侧和外侧都需要药皮手工电焊盖面以加强焊缝强度，盖面顺序是 内侧先盖面，外侧再盖面，防止收缩变形。
5. 根据权利要求4所述的双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，其特征在于： 所述步骤五中，主焊炬与壁板表面呈75°?85°夹角，外侧填充的焊丝与水平面呈15°? 20°夹角，辅焊炬与壁板表面呈80°?90°夹角，内侧填充的焊丝与水平面呈15°?20° 夹角。
6. 根据权利要求1所述的双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，其特征在于： 所述步骤五中，一个熔池长度为不大于3_。
7.根据权利要求1所述的双人双面同步钨极高频脉冲氩弧焊对焊工法，其特征在于： 所述步骤五中，外侧焊工匀速焊接，若焊缝出现过高，内侧焊工加快焊速，让内侧电弧适当 超前外侧熔池，促使外侧焊工及时加快焊接速度；若焊缝出现内凹，内侧焊工按照敲击储罐 壁板发出声响的预定方式通知外侧焊工减慢焊接速度同时加快送外侧焊丝的速度，以达到 内外两侧良好的配合。
【文档编号】B23K9/167GK104096954SQ201410290150
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】任俊和, 娄东旭, 孙宏亮, 王天琦, 张晓明 申请人:中建一局集团安装工程有限公司, 中国建筑一局(集团)有限公司