多絲埋弧焊

序

編寫說明

前言

第1章　高效埋弧焊1

1.1　多絲埋弧焊1

1.1.1　多絲埋弧焊的特點及應(yīng)用1

1.1.2　多絲埋弧焊用焊絲和焊劑3

1.1.3　交流焊機斯考特連接4

1.1.4　多絲埋弧焊焊接參數(shù)5

1.1.5　雙絲埋弧焊工藝6

1.1.6　三絲埋弧焊工藝15

1.1.7　四絲埋弧焊工藝17

1.1.8　五絲埋弧焊工藝18

1.1.9　單電源多絲埋弧焊22

1.2　金屬粉末埋弧焊24

1.3　熱絲、冷絲填絲埋弧焊27

第2章　鎢極氬弧焊新技術(shù)30

2.1　活性焊劑鎢極氬弧焊(A-TIG焊)30

2.1.1　概述30

2.1.2　A-TIG焊的特點30

2.1.3　活性焊劑31

2.1.4　活性焊劑的使用32

2.1.5　A-TIG焊的機理32

2.1.6　A-TIG焊的應(yīng)用33

2.1.7　316L不銹鋼管A-TIG焊工藝34

2.2　熱絲TIG焊36

2.2.1　熱絲TIG焊的原理36

2.2.2　熱絲TIG焊的特點37

2.2.3　熱絲TIG焊在管道焊接中的應(yīng)用38

2.2.4　高頻感應(yīng)熱絲TIG焊40

2.2.5　高頻振動送絲式熱絲TIG焊41

2.3　超聲-TIG復(fù)合焊43

2.4　K-TIG焊44

2.5　TIG-MIG焊45

第3章　高效高熔敷率和低熱輸入熔化極氣體保護焊46

3.1　高效MIG/MAG焊概述46

3.1.1　提高MIG/MAG焊效率的方法46

3.1.2　高效MIG/MAG焊焊接設(shè)備的構(gòu)成49

3.2　T.I.M.E焊50

3.2.1　T.I.M.E焊的基本原理50

3.2.2　T.I.M.E焊的特點51

3.2.3　T.I.M.E焊工藝52

3.2.4　T.I.M.E焊設(shè)備及對設(shè)備的要求53

3.3　LINFAST焊接工藝53

3.4　RAPIDARC焊接工藝54

3.5　磁控大電流MAG焊55

3.6　雙絲高速焊56

3.6.1　雙絲MAG焊(MAX法)56

3.6.2　T.I.M.ETWIN和TANDEM雙絲熔化極氣體保護焊57

3.7　低熱輸入氣體保護電弧焊61

3.7.1　冷焊技術(shù)的特點及應(yīng)用61

3.7.2　CMT冷金屬過渡工藝62

3.7.3　ColdArc技術(shù)67

3.7.4　CP冷焊工藝68

3.7.5　AC—CBT技術(shù)69

3.7.6　TCS冷金屬過渡雙絲焊接技術(shù)69

3.7.7　低能量輸入電弧焊69

3.7.8　冷焊技術(shù)的應(yīng)用72

第4章　窄間隙焊74

4.1　窄間隙焊概述74

4.1.1　窄間隙焊的優(yōu)缺點74

4.1.2　窄間隙焊的應(yīng)用75

4.1.3　三種窄間隙焊接方法比較76

4.2　窄間隙埋弧焊78

4.2.1　窄間隙埋弧焊的特點及應(yīng)用79

4.2.2　窄間隙焊焊接設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)80

4.2.3　單絲窄間隙埋弧焊工藝90

4.2.4　雙絲窄間隙埋弧焊工藝97

4.3　窄間隙熱絲TIG焊102

4.3.1　窄間隙熱絲TIG焊的分類102

4.3.2　窄間隙TIG焊需要解決的問題103

4.3.3　窄間隙熱絲TIG焊的基本原理104

4.3.4　TIG窄間隙焊焊機機頭105

4.3.5　單道多層不擺動窄間隙熱絲TIG焊105

4.3.6　BHK電極旋轉(zhuǎn)式窄間隙熱絲TIG自動焊109

4.4　窄間隙熔化極氣體保護焊114

4.4.1　窄間隙熔化極氣體保護焊的特點及分類114

4.4.2　低熱輸入窄間隙熔化極氣體保護焊116

4.4.3　高熱輸入窄間隙熔化極氣體保護焊116

4.4.4　焊接參數(shù)的選擇117

4.4.5　窄間隙熔化極氣體保護焊焊絲和保護氣體的送進技術(shù)118

4.4.6　窄間隙坡口側(cè)壁熔合技術(shù)119

4.4.7　窄間隙MAG焊的應(yīng)用124

4.4.8　雙絲窄間隙熔化極氣體保護焊126

4.4.9　超窄間隙熔化極氣體保護焊130

第5章　等離子弧焊新工藝133

5.1　變極性等離子弧焊133

5.1.1　變極性等離子弧焊原理及特點133

5.1.2　變極性等離子弧平焊134

5.1.3　變極性等離子弧立焊136

5.1.4　變極性等離子弧焊的雙弧現(xiàn)象142

5.2　活性等離子弧焊143

5.3　等離子弧-TIG焊144

5.4　等離子弧-MIG焊145

5.4.1　等離子-MIG復(fù)合焊原理146

5.4.2　等離子弧-MIG復(fù)合焊特點及應(yīng)用146

5.4.3　等離子弧-MIG復(fù)合焊槍147

5.4.4　等離子弧-MIG焊機系統(tǒng)148

5.4.5　等離子弧-MIG焊與常規(guī)MIG焊溫度場的比較149

5.4.6　等離子弧-MIG復(fù)合角焊150

5.4.7　雙等離子弧-MIG復(fù)合堆焊151

5.4.8　變極性等離子弧-MIG復(fù)合焊151

5.4.9　低碳鋼等離子弧-MIG焊工藝152

5.4.10　窄間隙等離子弧-MIG復(fù)合焊153

5.5　精細等離子弧焊技術(shù)154

第6章　激光焊與激光切割155

6.1　激光的產(chǎn)生155

6.2　激光焊設(shè)備157

6.2.1　激光焊設(shè)備的組成157

6.2.2　固體激光設(shè)備158

6.2.3　碟片激光器161

6.2.4　半導(dǎo)體激光器164

6.2.5　光纖激光器168

6.2.6　CO2激光器171

6.3　激光焊177

6.3.1　激光焊的特點177

6.3.2　激光焊的機理178

6.3.3　激光焊焊接過程的幾種效應(yīng)180

6.3.4　激光焊工藝181

6.3.5　雙光束激光焊193

6.3.6　多焦點激光焊194

6.3.7　旋轉(zhuǎn)焦點激光焊197

6.3.8　激光填絲焊198

6.4　激光切割200

6.4.1　激光切割的原理、特點及應(yīng)用201

6.4.2　激光切割機206

6.4.3　激光切割工藝210

6.4.4　光纖激光器切割工藝217

6.4.5　三維激光切割技術(shù)218

6.4.6　金屬材料的激光切割220

6.4.7　激光焊與激光切割的危害及預(yù)防222

第7章　復(fù)合熱源焊225

7.1　概述225

7.2　激光-電弧復(fù)合熱源焊226

7.2.1　激光-電弧復(fù)合熱源焊的基本原理226

7.2.2　激光-電弧復(fù)合熱源焊的復(fù)合形式227

7.2.3　激光-電弧復(fù)合熱源焊的物理特性227

7.2.4　激光-電弧復(fù)合熱源焊的特點228

7.2.5　激光-電弧復(fù)合熱源焊的應(yīng)用229

7.3　激光-TIG復(fù)合焊231

7.3.1　激光-TIG復(fù)合焊的作用機理及特點231

7.3.2　激光-旁軸TIG電弧復(fù)合焊232

7.3.3　激光-同軸TIG電弧復(fù)合焊234

7.3.4　旋轉(zhuǎn)雙焦點激光-TIG復(fù)合焊236

7.4　激光-MIG/MAG復(fù)合焊239

7.4.1　激光-MIG/MAG復(fù)合焊的基本原理239

7.4.2　激光-MIG/MAG復(fù)合焊工藝241

7.4.3　鋁合金激光-MIG復(fù)合焊247

7.4.4　激光-雙MIG復(fù)合焊250

7.4.5　激光-CO2/MAG短路過渡復(fù)合焊251

7.4.6　激光-CTM復(fù)合焊253

7.5　激光-等離子弧復(fù)合焊254

7.6　激光-感應(yīng)熱源復(fù)合焊256

7.7　激光-電阻熱復(fù)合焊257

7.8　激光-攪拌摩擦復(fù)合焊259

第8章　攪拌摩擦焊260

8.1　概述260

8.1.1　攪拌摩擦焊的基本原理260

8.1.2　攪拌摩擦焊的特點261

8.1.3　影響攪拌摩擦焊的因素262

8.2　攪拌摩擦焊工藝265

8.2.1　接頭形式265

8.2.2　焊接參數(shù)的選擇266

8.3　攪拌摩擦焊的溫度分布和焊縫金屬組織269

8.3.1　焊縫區(qū)的溫度分布269

8.3.2　焊縫溫度仿真計算結(jié)果270

8.3.3　焊接時的熱量測量271

8.3.4　焊縫區(qū)的組織272

8.4　攪拌摩擦焊焊接接頭的力學(xué)性能273

8.4.1　攪拌摩擦焊焊接接頭的抗拉強度和彎曲性能273

8.4.2　攪拌摩擦焊焊接接頭的硬度275

8.4.3　攪拌摩擦焊焊接接頭的疲勞強度276

8.4.4　攪拌摩擦焊焊接接頭的沖擊韌度和斷裂韌度277

8.4.5　攪拌摩擦焊的應(yīng)力腐蝕裂紋278

8.5　攪拌摩擦焊的應(yīng)用278

8.6　攪拌摩擦搭接焊279

8.6.1　攪拌摩擦焊搭接接頭類型280

8.6.2　界面遷移現(xiàn)象281

8.6.3　搭接接頭攪拌摩擦焊工藝282

8.6.4　消除鉤狀缺陷提高焊接質(zhì)量的措施283

8.6.5　異種材料攪拌摩擦搭接焊284

8.6.6　鋁合金攪拌摩擦焊搭接接頭疲勞行為285

8.7　T形接頭攪拌摩擦焊286

8.7.1　T形接頭的結(jié)構(gòu)形式286

8.7.2　T形接頭攪拌摩擦焊的焊接過程286

8.7.3　T形接頭攪拌摩擦焊焊接工藝287

8.7.4　T形接頭攪拌摩擦焊焊縫金屬的流動性288

8.7.5　T形接頭攪拌摩擦焊焊縫組織特征290

8.7.6　T形接頭攪拌摩擦焊焊縫顯微硬度及力學(xué)性能290

8.7.7　T形接頭攪拌摩擦焊焊接缺陷292

8.8　攪拌摩擦點焊293

8.8.1　攪拌摩擦點焊的基本原理293

8.8.2　攪拌摩擦點焊的主要形式293

8.8.3　攪拌摩擦點焊的優(yōu)點297

8.8.4　攪拌摩擦點焊的工藝297

8.8.5　攪拌摩擦點焊金屬的塑性流動298

8.8.6　攪拌摩擦點焊的接頭組織300

8.8.7　攪拌摩擦點焊焊點的硬度分布301

8.8.8　攪拌摩擦點焊的應(yīng)用302

參考文獻3042100433B

船舶制造行業(yè)中平直厚板對接焊接時主要采用單面多絲埋弧焊、雙面埋弧焊。其中，單面多絲埋弧焊一般采用單面Y型坡口，并在接頭背面貼襯墊（或者輔助焊劑），正面采用雙絲、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。對于厚板焊接，采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(xué)性能較低，同時對鋼板、焊材、設(shè)備的要求高，2016年前中國國內(nèi)正是因為鋼板的制造工藝水平有限、焊材性能不高、設(shè)備能夠一次焊接的厚度有限，導(dǎo)致較多厚板及性能要求較高的鋼板焊接完成后不能滿足行業(yè)規(guī)范要求。雙面埋弧焊一般采用雙面X型坡口，正面采用單絲多道埋弧焊，然后進行翻身后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范圍較廣，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(yè)，嚴重依賴翻身起重設(shè)備；（2）雙面埋弧焊在厚板焊接時，焊接的層數(shù)較多，不但焊接效率低還容易出現(xiàn)焊接變形、夾渣等質(zhì)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。

《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(shè)單面“Y”型坡口，所述“Y”型坡口包括依次設(shè)置的第一坡口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的坡口角度大于所述第二坡口3的坡口角度；

S200、在所述單面“Y”型坡口的背面鋪設(shè)焊劑后，采用多絲埋弧焊在所述單面“Y”型坡口處進行打底焊接；

S300、打底焊接成型后，采用埋弧焊進行填充蓋面層。

于該實施例中，術(shù)語“Y”型坡口的正面是指“Y”型坡口背離銅襯墊的一面，術(shù)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于30～45毫米厚的鋼板，鋼板的材質(zhì)不受限制。

對于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(shè)單面“Y”型坡口，該“Y”型坡口包括依次設(shè)置的第一坡口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的坡口角度大于第二坡口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(chǎn)生，坡口角度相對較小的第二坡口3設(shè)置在靠近“Y”型坡口的背面，可以減少打底焊的填充量；鋪設(shè)焊劑后采用多絲埋弧焊打底焊接，然后采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(yè)，不依賴翻身起重設(shè)備，減少焊接過程中的配合時間，焊接速度快，焊接質(zhì)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(shù)，同時保證兩個鋼板1的對接穩(wěn)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(shù)進行優(yōu)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，所述多絲埋弧焊采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(shù)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范圍內(nèi)，從而降低了對于設(shè)備、材料的選擇要求，鋼板接頭力學(xué)性能也能達到要求。

對于不同設(shè)置位置的埋弧焊焊絲，其焊接時所需要的焊接電流、電弧電壓均不一樣。優(yōu)選地，所述多絲埋弧焊采用三根埋弧焊焊絲，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，采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；采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；采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(shù)是針對厚30～45毫米的鋼板而設(shè)定的特定的參數(shù)，根據(jù)該焊接參數(shù)可以使打底焊道4一次完成，不會留下焊疤、焊瘤等，節(jié)省了打磨處理時間，提高了焊接效率。

作為該發(fā)明優(yōu)選的實施方式，所述步驟S300具體包括以下步驟：

S300a、打底焊接成型后，采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填充完成后，采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊在所述首道蓋面層5的表面上進行剩余蓋面層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采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊進行填充，剩余蓋面層6采用單絲埋弧焊或者雙絲埋弧焊進行填充，可以提高焊接質(zhì)量和焊接效率。

其中，所述單絲埋弧焊采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(shù)依據(jù)鋼板1的厚度和第二坡口3開設(shè)的角度而設(shè)定，按照該焊接參數(shù)可有效填充第一蓋面層5和/或剩余蓋面層6。

其中，所述雙絲埋弧焊采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(shù)依據(jù)鋼板1的厚度和第一坡口2開設(shè)的角度而設(shè)定，按照該焊接參數(shù)可有效填充第一蓋面層5和/或剩余蓋面層6。

步驟S200中所述鋪設(shè)焊劑的具體步驟為：提供銅襯墊，采用焊劑自動鋪設(shè)小車在所述銅襯墊上鋪設(shè)焊劑，然后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，焊劑位于銅襯墊與鋼板1之間。于該實施例中，焊劑的寬度中心正對“Y”型坡口11的間隙中心。

優(yōu)選地，所述焊劑的厚度為4～6毫米，寬度為100～120毫米。通過設(shè)置合適的寬度、厚度的焊劑于銅襯墊與鋼板1之間，可以保證焊接后的焊道的美觀。

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(fā)明的技術(shù)方案。

1、開設(shè)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。

2、鋪設(shè)焊劑

將銅襯墊清理干凈后，利用焊劑自動鋪設(shè)小車鋪設(shè)底面焊劑（NSH-1RM），底面劑鋪設(shè)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(shè)襯墊方向?qū)R到平行位置。

將電磁鐵通電，使電磁鐵與板材反面吸合，并開啟壓縮空氣將空氣軟管通氣，壓力為0.1～0.12兆帕（相當于1～1.2千克/平方厘米）。在空氣軟管沖氣完畢后，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

采用多絲埋弧焊進行打底焊接，焊接參數(shù)按照表2所示進行。

按照以上焊接參數(shù)焊接完成后，打底焊道成型見圖2所示。

4、埋弧焊填充蓋面焊接

完成打底焊接后，采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，成型后的首道蓋面層5見圖3所示，完成后再進行剩余蓋面層6的填充。焊接參數(shù)按照表3或表4所示選用單絲埋弧焊焊接參數(shù)或雙絲埋弧焊焊接參數(shù)進行焊接。剩余蓋面層6填充完成后，參見圖4所示。

該發(fā)明提高了單面多絲埋弧焊法焊接在厚板拼接時的應(yīng)用范圍及利用率，并將多絲埋弧焊的熱輸入量限制在一定范圍以內(nèi)，從而降低了對于設(shè)備、材料的選擇要求，接頭力學(xué)性能也能達到要求。

該發(fā)明對比雙面埋弧焊有以下優(yōu)點：（1）該發(fā)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(yè)，不依賴翻身起重設(shè)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后對另一面根部進行氣刨和打磨缺陷清理后才能進行后續(xù)焊接，該發(fā)明減少了焊接過程中的氣刨和打磨作業(yè)；（3）該發(fā)明基于單面多絲埋弧焊的高效，對比雙面埋弧焊，焊接的層數(shù)較大幅減少，焊接速度快。

采用該發(fā)明的方法應(yīng)用于焊接，對于長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(xiàn)在的4天，整體效率可以提高50％。