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大型储粮罐免清根MAG平焊工艺研究

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 293次


(1江苏省特种设备安全监督检验研究院昆山分院 2江苏省特种设备安全监督检验研究院昆山分院)   

 

摘要

本文对大型储粮罐的自动化免清根MAG焊工艺进行研究,以期提高焊接效率,节省焊接成本。本文通过工艺实验研究获取了自动化免清根MAG焊的最佳装配间隙为3.5mm-5.5mm。通过对比在相同热输入条件下的直流打底焊接、低频脉冲打底焊接和协调脉冲打底(免清根打底)焊接的焊缝宏观金相,确定了免清根打底焊接方法的有效性。使用获得的焊接工艺,完成了大型储粮罐的20mm板50°X型坡口的平焊焊接,焊缝成形,且金相、硬度、拉伸性能、冲击性能和弯曲性能均符合质量要求。

关键词

自动化;免清根平焊;焊接接头形式;

大型储罐的结构及筒体焊缝布置

储罐按容积有大型和小型的区别,小型储罐大多是容积小于100m3的储罐,而本课题研究的是大型储粮罐,设定的直径为30m,罐壁高为20m,容积在14000m3以上。所以采用技术成熟、应用最为广泛的立式拱顶储罐结构,立式拱顶储罐由罐底、罐壁、罐顶等部分构成,储罐的结构简图如图所示。储罐的罐壁板厚从罐底到罐顶逐层递减,具体板厚的确定,依据GB50341-2003的规定。本文设定的储罐,罐壁高为20m,每层罐壁板高2m,所以共有10层。


1储罐的结构简图(1—罐底 2—罐壁 3—罐顶)       2 罐壁的排版

按照GB50341-2003的规定,通过计算,确定罐壁一共分为十层,从下往上,每层罐壁的厚度如下:。由于罐壁厚度的变化,所以将同层罐壁壁板的对接接头形式大致分为两种。

第一种接头形式适合板厚较厚的壁板,板厚大于16mm。所以底圈罐壁即第一层的罐壁对接采用X形坡口。图2.10中t>16mm,1≤b≤3,40º≤α≤60º。

第二种采用V形坡口(6~14),板厚适中的都采用这种坡口。图2.11中8<t≤20,b≤4,c≤2,40º≤α≤60º。

211210

 

 

 

3 X形坡口               4 V形坡口

自动化免清根MAG焊技术

本文采用双面双弧焊接方法,采用两个同种电弧或不同的电弧在工件的两面同时施焊,具有热输入小,焊接变形小的特点,电弧以非对称的方式行走。该方法的使用取消了反面清根、清理及检验,提高了生产效率、节约焊接成本、降低了焊工劳动强度。双面焊第一道焊的打底采用CMT技术,焊接过程中,焊丝向熔池方向运动,当焊丝与熔池接触时,电弧熄灭,焊接电流减小,短路接触时,焊丝回抽帮助熔滴脱落,保持很小的短路电流,焊丝再向熔池方向运动,冷金属过渡过程重复进行,焊丝的回抽频率大概为60-70Hz。另外借助于自行研制的夹具和运动机构实现焊接的自动化。

焊接参数

本文采用焊接电源为松下晶闸管控制MIG/MAG焊接电源,型号为YD-500KR。焊接方法为CO2气体保护焊。

DSC_0009.jpgDSC_0007.jpg

(a) 焊机               b)送丝机构            c)夹具

5 焊接仪器

电流I=55A;电压U=15v;焊接速度V=20cm/min;摆动幅度A=4.5mm;摆动速度v=65mm/min;左停留时间t左=0.29s;右停留时间T右=0.325s;气体流量Q=15L/min,喷嘴距离钢板高度H=12mm。

自动化MAG平焊免清根焊接工艺

在免清根焊接控制装置的基础上,调节焊接参数进行堆焊,堆焊效果图如图6所示,可以看出协调脉冲焊接效果,即摆动到两侧采用峰值参数焊接,焊缝中间为基值参数焊接。

6 堆焊成形

由于该控制装置适用于有间隙的焊缝,为了寻找平对接焊缝的最佳焊缝装配间隙,在24mm厚板X型坡口的钢板上进行工艺实验,焊缝坡口尺寸及形式如图3.8所示,焊缝间隙3.5mm-6.5mm。

7 焊缝坡口示意图

打底焊缝:基值电流60A;峰值电流160A;基值电压20v;峰值电压22v;占空比50%;脉冲频率2Hz;摆动频率1Hz;摆动幅度4mm;焊接速度225mm/min;左停0.3s;右停0.3s;气体流量20L/min(混合气体)。反面第一道焊缝:电流250A;电压28V;摆频1.5HZ;摆幅2mm;右停0.1s;  左停0.1s;焊接速度400mm/min;气体流量20L/min(混合气体)。焊缝成形如图8所示,其中间隙6.5mm处出现焊穿现象。

QQ截图20141214184320

a. 正面打底焊缝                  b. 反面打底焊缝

8 焊缝成形

在焊接完填充和盖面焊缝后,对焊缝4mm处、5mm处和6mm处进行切割,制作宏观金相,如图9所示,其中6mm处存在夹渣问题,4mm和5mm处焊缝熔合较好,故对于平对焊免清根焊接最佳焊接间隙为3.5mm-5.5mm。

a4mm处宏观金相    b5mm处宏观金相   c6mm处宏观金相

9 焊缝的宏观金相照片

为了验证协调脉冲控制的有效性,在相同焊接热输入和相同装配间隙的情况下,设置三组打底焊接工艺参数,即直流焊接参数、普通低频脉冲焊接参数和协调脉冲焊接参数进行对比焊接,验证该协调焊接的免清根的有效性。根据焊缝制作的宏观金相如图10所示。其中直流焊接和低频脉冲焊接方法均存在未熔合问题,而协调脉冲焊接方法能够获得良好的正面熔合和反面成形。可见,协调脉冲焊接方法的有效性。

a)直流焊接的方法进行打(b)普通脉冲焊接的方法进行打底(c 协调脉冲焊接方法进行打底

10 焊缝横截面宏观金相照片

采用上述间隙进行焊接试验,最终确定20mm免清根焊接的焊接工艺参数,如表2

a)焊缝正面成形(b)焊缝反面成形

11焊缝成形

2 焊接参数

焊接方法

电流(A

电压(V

焊接速度(mm/min)

摆动幅度(mm)

停留时间(s)

摆动频率(Hz

气体流量

(L/min)

1

MAG

基值

峰值

基值

峰值

200

4

0.3

1

20

60

160

20

22

2

MAG

290

32

350

6

0.15

2

20

3

MAG

290

32

350

3.5

0.1

2

20

4

MAG

290

32

350

6

0.1

2

20

免清根平焊试板的焊后试板经宏观金相、侧弯试验均未发现裂纹;正面焊缝接头硬度范围147.87HV100—212.30HV100,反面焊缝接头硬度范围140.07HV100 ~ 207.94HV100,中间焊缝接头硬度范围135.75HV100~ 194.48HV100;冲击试样,在温度0°检测出的冲击吸收功平均值为200.75J;拉伸试样进行拉伸实验,检测得拉伸强度平均值为470Mpa,屈服强度平均值为230.66Mpa,且断裂位置位于母材上均满足质量要求。

结论

一、本文通过变间隙平对接焊接,获取了对接最佳装配间隙在3.5mm-5.5mm之间,同时通过对比直流打底焊接、普通低频脉冲打底焊接和协调脉冲打底焊接(免清根打底焊接),得出协调脉冲打底焊接的有效性。

二、本文通过焊接工艺研究和工艺实验,获取了20mm板自动化平焊X对接的免清根焊接的最佳焊接工艺参数。

参考文献

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[3] Luisa Quintino, Olga Liskevich, Louriel Vilarinho, Américo Scotti. Heat input in full penetration welds in gas metal arc welding (GMAW)[J]. Int J Adv Manuf Technol, 2013,(68):  2833–2840

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