手工电弧焊打底层之字形灭弧法及其在Q460高强钢水平固定钢管对接焊接中的应用.pdf

本发明公开了手工电弧焊打底层之字形灭弧法及其在Q460高强钢水平固定钢管对接焊接中的应用，起弧点位于坡口根部靠近钝边2—3mm处，在引弧后沿坡口面向熔池的斜后方向轻带电弧，作停顿后横向摆动到坡口另一侧，观察该侧坡口熔合良好后，向起弧点的斜后方向灭弧，焊条端头运行轨迹形同“之”字形。焊接过程中能够更好地观察熔池，减少打底层焊接缺陷的产生，为对接接头打底层焊接质量的保证提供操作技术方面的支持，该灭弧方法能够有效地控制焊缝根部的成形并能得到优良的焊缝组织。

权利要求书一种手工电弧焊的打底层灭弧方法，其特征在于，起弧点位于坡口根部靠近钝边2—3mm处，在引弧后沿坡口面向熔池的斜后方向轻带电弧，作停顿后横向摆动到坡口另一侧，观察该侧坡口熔合良好后，向起弧点的斜后方向灭弧，焊条端头运行轨迹形同“之”字形。
根据权利要求1所述的一种手工电弧焊的打底层灭弧方法，其特征在于，具体来说，以接头宽度方向为X轴方向，以接口长度为Y轴方向（即焊接方向），在起弧点引弧后向熔池的斜后方向轻带电弧，其运行轨迹在XOY平面的投影与X轴方向的夹角α为30—40°，做停顿以便形成并维持熔池后横向摆动到坡口另一侧，在XOY平面的投影看来，此时焊条端头在横向摆动时穿过上一个焊接形成的熔池，穿过线距熔池顶端的距离h为整个熔池H的1/3—1/2，待观察该侧坡口熔合良好后，向该侧破口上起弧点的斜后方向灭弧，在XOY平面的投影与X轴方向的夹角β为30—40°。这样以来，采用相同的运条方式完成整条打底层焊缝的焊接，焊接过程焊条端头的运条轨迹类似于“之”字型，形成的熔池沿着焊接方向（即Y轴方向）覆盖前一熔池的1/3—1/2。
利用如权利要求1或者2所述的手工打底层的灭弧方法对Q460高强钢水平固定钢管进行对接焊接，其特征在于，控扎Q460高强钢水平固定钢管对接手工电弧焊焊接方法，为防止产生冷裂纹最低预热温度为50℃、t8/5范围为13.5S‑30S、最佳热输入范围为20‑45KJ/cm，步骤如下：
1）将试件的坡口及表面两侧10mm范围内打磨出金属光泽，然后进行试件装配组对，坡口角度为30‑35°、根部间隙为（3.5‑4.5）mm、钝边为（1.0‑1.5）mm、错边量小于1mm；
2）将试管侧面看做一个时钟面，在10点、2点的位置上分别进行定位焊，定位焊长度为（15‑20）mm；
3）焊接过程采用多层多道焊接工艺方法进行，焊接向上，所述多层多道焊接工艺方法包括底层、中间层和表面层，焊接方向为立工艺：
底层焊接：采用“之”字灭弧焊方法，电源极性为正接法，其焊接工艺参数为：焊接电流120±10A、电弧电压22±2V、焊接速度90±10mm/min、单层≯3.2mm；
中间层焊接采用多层多道焊接锯齿形连弧焊接法，电源极性为反接法，其焊接工艺参数为：焊接电流150±10A、电弧电压23±10V、焊接速度180±20mm/min、各层厚度≯焊条直径；
表面层焊接采用多层多道焊接锯齿形连弧焊接，电源极性为反接法，其焊接工艺参数为：焊接电流150±10A、电弧电压23±10V、焊接速度220±20mm/min、各层厚度≯焊条直径；
最终焊缝为贝氏体，热影响区为贝氏体、母材为铁素体+珠光体。
根据权利要求3所述的手工打底层的灭弧方法对Q460高强钢水平固定钢管进行对接焊接，其特征在于，所述底层焊接为一层一道，所述中间层为三层八道；所述中间层的第一层为两道，焊接电流145—160A、电弧电压21—25V、焊接速度150—200mm/min、各层厚度≯焊条直径；所述中间层的第二层为三道，焊接电流145—160A、电弧电压21—25V、焊接速度150—200mm/min、各层厚度≯焊条直径；所述中间层的第三层为四道，焊接电流145—160A、电弧电压21—25V、焊接速度150—200mm/min、各层厚度≯焊条直径；所述表面层为一层四道，焊接电流140—155A、电弧电压21—25V、焊接速度200—240mm/min、各层厚度≯焊条直径。

说明书手工电弧焊打底层之字形灭弧法及其在Q460高强钢水平固定钢管对接焊接中的应用
技术领域
本发明涉及利用手工电弧焊焊接对接焊缝的工艺方法，更加具体地说，涉及一种新型打底层焊接工艺方法及其在Q460高强钢水平固定钢管对接焊接中的应用。
背景技术
对接焊缝采用手工电弧焊打底焊接时，普遍采用的是一点灭弧法或两点灭弧法，这两种方法存在以下缺点：一点灭弧法，电弧燃烧过程焊条端头指向焊缝中间部位，焊接过程易产生根部突出过高或焊瘤缺陷；两点灭弧法，电弧燃烧过程焊条端头分别快速点击试件根部两侧，以形成熔池，焊接过程灭弧若频率较快，则熔池不易观察，易产生夹渣缺陷，若灭弧频率较慢，则易产生焊瘤。
Q460高强钢在鸟巢、特高压输电铁塔等大型构架制造中广泛使用。2009年500千伏焦塔线起于焦作500千伏博爱变电站，止于新乡500千伏塔铺变电站，该线的272座铁塔全部用Q460高强钢制造，与常规钢材相比，铁塔总重减少了9.4%，共节约钢材1121吨，减少工程投资897万元，使工程单位造价降低约2%。现阶段各行业对Q460高强钢焊接工艺大部分采用手工电弧焊焊接方法，在焊接培训和现场施工过程中，存在以下问题：1焊接工艺制定不当；2焊接工艺参数不合理；3焊缝易产生成形不良、焊道过度不均匀等焊接缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型打底层焊接工艺方法，焊接过程中能够更好地观察熔池，减少打底层焊接缺陷的产生，为对接接头打底层焊接质量的保证提供操作技术方面的支持，该灭弧方法能够有效地控制焊缝根部的成形并能得到优良的焊缝组织。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种手工电弧焊的打底层灭弧方法，起弧点位于坡口根部靠近钝边2—3mm处，在引弧后沿坡口面向熔池的斜后方向轻带电弧，作停顿后横向摆动到坡口另一侧，观察该侧坡口熔合良好后，向起弧点的斜后方向灭弧，焊条端头运行轨迹形同“之”字形，具体来说，以接头宽度方向为X轴方向，以接口长度为Y轴方向（即焊接方向），在起弧点引弧后按照附图1所示进行运动，其运行轨迹在XOY平面的投影与X轴方向的夹角α为30—40°，做停顿后（即以便形成并维持熔池）横向摆动到坡口另一侧，在XOY平面的投影看来，此时焊条端头在横向摆动时穿过上一个焊接形成的熔池，穿过线距熔池顶端的距离h为整个熔池H的1/3—1/2，待观察该侧坡口熔合良好后，向该侧破口上起弧点的斜后方向（即与焊接方向Y轴方向相比）灭弧，在XOY平面的投影与X轴方向的夹角β为30—40°。这样以来，采用相同的运条方式完成整条打底层焊缝的焊接，焊接过程焊条端头的运条轨迹类似于“之”字型，形成的熔池沿着焊接方向（即Y轴方向）覆盖前一熔池的1/3—1/2。
底层焊接采用断弧焊方法，以往采用单点或两点断弧法：一点灭弧法，电弧燃烧过程焊条端头指向焊缝中间部位，焊接过程易产生根部突出过高或焊瘤缺陷；两点灭弧法，电弧燃烧过程焊条端头分别快速点击试件根部两侧，以形成熔池，焊接过程灭弧若频率较快，则熔池不易观察，易产生夹渣缺陷，若灭弧频率较慢，则易产生焊瘤。
采用“之”型灭弧法就能很好地解决上述缺点。首先，在坡口一侧靠近根部2－3mm处引燃电弧后，将焊条端头沿坡口面快速向熔池的斜后方向轻带电弧，观察该侧坡口熔合良好后，横向移动到另一侧坡口面处，待该坡口面溶化并形成饱满的熔池后向起弧点斜后方灭弧，形成第一个熔池（座）。向斜后方向灭弧可以避免焊条端头已熔化而未过度到熔池的铁水粘贴到未焊接的坡口上，同时利用电弧的吹力将覆盖在熔池表面的熔渣吹向后方，更加利于第二次引弧便于接头。再次引燃电弧的位置可选择第一次引弧的坡口面侧，也可选择第一次灭弧的坡口面侧，运条方式与第一次相同。整条打底层焊缝均按该方式焊接，焊接过程焊条端头的运条轨迹类似于“之”字型，以此方法进行焊接能够较清晰的观察熔池，保障打底层根部突出的均匀性，减小飞溅、熔渣对焊接过程的影响，提高焊接质量，能够利用电弧的吹力，将覆盖在熔池表面的熔渣吹到熔池的后方，利于熔池的观察，便于再引弧和接头。
利用上述手工打底层的灭弧方法对Q460高强钢水平固定钢管进行对接焊接，控扎Q460高强钢水平固定钢管对接手工电弧焊焊接方法，步骤如下：
1）将试件的坡口及表面两侧10mm范围内打磨出金属光泽，然后进行试件装配组对，坡口角度为30‑35°、根部间隙为（3.5‑4.5）mm、钝边为（1.0‑1.5）mm、错边量小于1mm；
2）将试管侧面看做一个时钟面，在10点、2点的位置上分别进行定位焊，定位焊长度为（15‑20）mm；
3）焊接过程采用多层多道焊接工艺方法进行，焊接方向为立向上。所述多层多道焊接工艺方法包括底层、中间层和表面层焊接工艺：
底层焊接：采用“之”字灭弧焊方法，电源极性为正接法，其焊接工艺参数为：焊接电流120±10A、电弧电压22±2V、焊接速度90±10mm/min、单层≯3.2mm；
2）中间层焊接采用多层多道焊接锯齿形连弧焊接法，电源极性为反接法，其焊接工艺参数为：焊接电流150±10A、电弧电压23±10V、焊接速度180±20mm/min、各层厚度≯焊条直径；
3）表面层焊接采用多层多道焊接锯齿形连弧焊接，电源极性为反接法，其焊接工艺参数为：焊接电流150±10A、电弧电压23±10V、焊接速度220±20mm/min、各层厚度≯焊条直径。
本发明的技术分析：底层焊接采用断弧焊方法，以往采用单点或两点断弧法：在焊缝中间或坡口两侧引燃电弧后灭弧焊接，采用交替叠加的顺序进行。有起头位置位于时钟的六点半到五点半的位置，易使起头处产生凹陷，不利于起头处的对向街头焊接。灭弧时电弧的熄弧方向为焊接方向，易使焊条端头已熔化而未过度到熔池的铁水粘贴到未焊接的坡口上，给焊接过程带来人为的障碍。
采用“之”型灭弧法就能很好地解决上述缺点。首先，在坡口一侧引燃电弧后将焊条端头快速移动到焊缝中间部位，随着焊条的熔化手臂随着抬起，略有横向小幅摆动，待坡口另一侧溶化并形成饱满的后熔池向斜后方灭弧，形成第一个熔池座，向斜后方向灭弧就可以避免焊条端头已熔化而未过度到熔池的铁水粘贴到未焊接的坡口上，同时利用电弧的吹力将覆盖在熔池表面的熔渣吹向后方，更加利于第二次引弧便于接头，整个焊接过程焊条端头的运条轨迹类似于“之”字，以此方法进行焊接能够保障起头出根部突出均匀避免凹陷、减小飞溅对焊接质量的影响。
中间层和表面层使用连弧焊手法，以往采用多层单道焊接方法：焊接过程中焊条的摆动不受焊缝宽度的限制，采用折线法大幅摆动，焊缝厚度也没有要求，致使焊接工艺参数过大，易产生烧穿、焊瘤、咬边等焊接缺陷，使控扎Q460高强钢焊缝金属组织晶粒粗大，综合性能降低，影响焊接接头的使用寿命。
采用多层多道小幅锯齿摆动的焊接工艺，焊接时注意观察打底层及坡口面的熔化，保证层道间及坡口面熔合良好，观察熔池的后侧无药皮堆积现象，使熔合线与母材侧相交处熔合良好，无咬肉、夹渣现象。换焊条接头时在距已焊焊道的熔池10~15mm处的上一层焊道上引燃电弧，然后将电弧迅速压低并移到熔池的1/2或2/3处，按直线形运条法施焊，接头处的焊接速度略快。在各层施焊前，均应将前一层焊道的药皮、飞溅清理干净。各层的每道焊接时，熔池的边缘线均应压在上一道焊道的1/2~1/3处，仔细观察熔池，使其边缘线将上一焊道的最高处覆盖上。焊接过程中各道的宽度不超过焊条直径的5倍、焊道厚度不大于焊条直径，这样能够在保障焊接质量的前提下减少焊接热输入，避免烧穿、焊瘤的产生，同时由于焊接热输入的降低，是焊缝晶粒更加细化，从而在保证塑性和韧性的基础上提高了接头的强度，增加了使用寿命。
附图说明
图1为该操作方法焊条摆动示意图，图中箭头表示焊条端头运行轨迹。
图2为该操作方法中多层多道焊接顺序示意图。
图3焊缝处贝氏体的金相检测图。
图4热影响区贝氏体的金相检测图。
图5母材铁素体+珠光体的金相检测图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
选择两节φ400*16的钢管，材料是控扎Q460高强钢，按要求将坡口及表面10mm范围内打磨出金属光泽；焊材选用E6015‑G，直径为3.2mm、4.0mm，按要求进行350℃烘干，保温2h，然后置于保温筒内，并且接通电源，随用随取。
组对参数：坡口角度为30‑35°，根部间隙为3.5‑4.5mm、钝边为1.0‑1.5mm、错边量小于1mm。准备完毕后，在试件的两端进行定位焊，长度为15mm。
1、试验材料及方法
试验用材料取自厚度为20mm的普通Q460角钢，所用焊接材料为四川大西洋焊接材料股份有限公司生产的CHE607RH焊条。插销试验按照GB9446－88规定的《焊接用插销冷裂纹试验方法》进行，插销试棒直径为8mm，缺口形式为环形，缺口深度为1.0mm。试验设备为改进型的HCL－3MC型微机控制的五头插销试验机，焊接工艺参数见表1‑1。
表1‑1焊接工艺参数

分别在不预热、预热50℃和预热75℃三种条件下进行试验。焊后冷至150～200℃加载。改变试验应力进行试验，得到插销保持16h（不预热时）或24h（预热时）不断的最大应力，即临界断裂应力σcr。临界断裂应力是这样确定的：如在某一应力值下有的试件断裂，有的试件不断，则在低于此应力20MPa的应力下再作两个试样，如都不断，则确定后者为σcr。
选取的热模拟参数为：加热速度为200℃/s，峰值温度Tp为1320℃，焊接线能量从低到高，对应的t8/5分别取为10s、20s、30s和40s。热模拟设备为美国DSI公司的GLEEBLE2500热模拟机。根据实验数据确定t8/5的上下限范围，按热输入范围的计算
对于厚板，可以引用德国钢铁学会的t8/5理论经验公式来计算E（热输入范围）：