面向大厚度板的GMAW横焊方法

摘要

本发明提供了一种面向大厚度板的GMAW横焊方法，设计了深度60mm、根部区小坡口角度为45度的大厚度板横焊坡口形式，并且，对于整个坡口部分进行根部焊接区、上壁焊接区、上层间焊接区、下壁焊接区、下层间焊接区、盖面区的焊接区域的划分，且对不同区域的焊枪调节角度进行了规范。同时，给出了获得合格焊缝的包含电弧电压及电流焊接规范，对于焊接时采用单丝和双丝的焊接顺序进行了规定。该方法能在较低成本下获得没有熔池下淌、熔透度良好的合格焊缝，并能显著提高焊接效率。

说明书

技术领域

本发明涉及多丝GMAW厚板焊接领域，具体地，涉及一种面向大厚度板的GMAW 横焊方法。

背景技术

横焊与平焊、立焊等相比，最主要的是存在熔池空间位置变化导致的熔池下淌缺陷。 针对此问题，A.Traidia等人（A.Traidia,F.Roger,J.Schroeder,E.Guyot,T.Marlaud.On the  effects of gravity and sulfur content on the weld shape in horizontal narrow gap GTAW of  stainless steel[J].Journal of Materials Processing Technology.2013(7):1128-1138.）研究了不 锈钢的单丝TIG横焊，通过调节元素成分控制熔池下淌；王会霞等人（王会霞，王军， 胡云岩，汪殿龙.双脉冲MAG横焊工艺的研究[J].铸造技术.2009,30(1):95-97.）研究了双 脉冲MAG横焊工艺，高频脉冲信号主要用于熔滴过渡，低频脉冲信号对于高频进行调 制，控制焊缝成形；王军等人（王军，陈树君，卢振洋，殷树言.磁场控制横向MAG焊 接焊缝成型工艺的研究[J].北京工业大学学报.2003.29(2):147-150.）研究单丝MAG脉冲 横焊时候加入外来磁场，利用外来的洛伦兹力平衡熔滴重力，使得焊缝均匀无下淌缺陷； C.L.Yang等人（C.L.Yang，N.Guo，S.B.Lin.Application of rotating arc system to horizontal  narrow gap welding[J].Science of Technology of Welding and Joining,2009,14(2):172-177.） 在单丝MAG焊接中加入电弧摆动，使得焊缝成形均匀，没有明显向下偏移。实际焊接 过程中，焊接母材的元素是确定的，并不能被调节。磁场控制、电弧摆动均需要提供专 门的外加设备，成本较高。脉冲焊接需要有专门的脉冲焊机，普通的直流焊机也满足不 了脉冲焊接的条件。且以上方法只能进行单丝焊接，效率偏低。本专利提出了一种区别 于元素调节、双脉冲调制、磁场控制、电弧摆动的新方法，能够在成本较低的情况下， 解决横焊熔池下淌的问题，并且调节方法直观简便，并获得成形质量好、成形效率高的 优质焊缝。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向大厚度板的GMAW横焊 方法。

根据本发明的一个方面，提供一种面向大厚度板的GMAW横焊方法，包括以下 步骤：

第一步：对待焊接的厚板进行坡口设计，设计根部区小坡口角度为45度、下板水 平、深度为60mm的坡口；

第二步：对于整个坡口部分进行根部焊接区、上壁焊接区、上层间焊接区、下壁焊 接区、下层间焊接区、盖面焊接区的焊接区域的划分，并对于不同区域的焊道数量进行 划分；

第三步：对根部焊接区焊道进行焊接，采用单丝焊接，焊枪下倾25度以上；

第四步：对下壁焊接区焊道进行焊接，采用双丝焊接，焊枪下倾20度-25度；

第五步：对下层间焊接区焊道进行焊接，采用双丝焊接，焊枪下倾10度-15度；

第六步：对上壁焊接区焊道进行焊接，采用单丝焊接，焊枪上倾20度-25度；

第七步：对上层间焊接区焊道进行焊接，采用单丝焊接，焊枪上倾10度-15度；

第八步：对盖面焊接区焊道进行焊接，采用单丝焊接，盖面焊接区焊道在上层间位 置时，焊枪上倾10度-15度；盖面焊接区焊道在上壁位置时，焊枪上倾20度-25度；盖 面焊接区焊道在下层间位置时，焊枪下倾10度-15度；盖面焊接区焊道在下壁位置时， 焊枪下倾20度-25度。

优选地，第三步至第八步中，焊接保护气体采用体积配比为80%Ar+20%CO2的混 合气体；焊接电流方式采用直流方式。

优选地，第三步至第八步中，焊接速度为0.155m/min，气体流量为15L/min。

优选地，第四步和第五步中，双丝焊枪间距为30mm，喷嘴直径为10mm。

优选地，第三步中，焊接电压取28V-32V之间值，焊接电流取280A-320A之间值。

优选地，第四步中，引导焊丝焊接电压取25V-26V之间值，引导焊丝焊接电流取 200A-220A之间值，跟随焊丝焊接电压取24V-25V之间值，跟随焊丝焊接电流取 160A-180A之间值。

优选地，第五步中，引导焊丝焊接电压取25V-26V之间值，引导焊丝焊接电流取 200A-220A之间值，跟随焊丝焊接电压取24V-25V之间值，跟随焊丝焊接电流取 160A-180A之间值。

优选地，第六步中，焊接电压取28V-29V之间值，焊接电流取240A-300A之间值。

优选地，第七步中，焊接电压取28V-29V之间值，焊接电流取240A-300A之间值。

优选地，第八步中，盖面焊接区焊道在上层间位置时，焊接电压取28V-29V之间值， 焊接电流取240A-300A之间值；盖面焊接区焊道在上壁位置时，焊接电压取28V-29V 之间值，焊接电流取240A-300A之间值；盖面焊接区焊道在下层间位置时，引导焊丝焊 接电压取25V-26V之间值，引导焊丝焊接电流取200A-220A之间值，跟随焊丝焊接电 压取24V-25V之间值，跟随焊丝焊接电流取160A-180A之间值；盖面焊接区焊道在下 壁位置时，引导焊丝焊接电压取25V-26V之间值，引导焊丝焊接电流取200A-220A之 间值，跟随焊丝焊接电压取24V-25V之间值，跟随焊丝焊接电流取160A-180A之间值。

本发明采用新型坡口设计和焊枪倾斜角度设计的规范，解决了熔池下淌的问题。坡 口设计的特点是：根部更深坡口有利于焊枪深入焊透。焊枪角度设计的特点是：对于整 个坡口部分进行根部焊接区、上壁焊接区、上层间焊接区、下壁焊接区、下层间焊接区、 盖面区的焊接区域的划分，对于不同选区的焊接角度倾斜方式不同。另外，本发明采用 单丝、双丝交替结合的焊接方法，一方面采用双丝焊接提高焊接的效率，另一方面，由 于在上壁区间和上层间区间处，双丝形成的熔池较大，电弧力不足以抵抗重力也会形成 熔池下淌，故采用单丝焊接。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明坡口的下板呈水平，对于焊接中熔化流动的熔池，水平面可更有效承 托下淌的熔滴，而减缓其下淌趋势。

（2）有利于熔透效应：本发明设计根部区小坡口角度为45度，焊枪可达到的下倾 角度更大，利于层壁熔透，并且在根部焊接时，焊枪头部可更深入，有利于根部熔透。

（3）本发明的坡口的横截面积小，使用该坡口需要填充的焊丝金属更好，焊接效 率高。

（4）采用单丝、双丝交替结合的焊接方法，焊接效率高，且有效抑制流淌，保证 焊缝美观。

（5）本发明区别于单丝元素调节、单丝双脉冲调制、单丝磁场控制、单丝电弧摆 动的焊接方法，在母材元素已确定的情况下，采用单双丝结合，焊枪角度调节，电流电 压规范调节，具有能够在成本较低的情况下，解决横焊熔池下淌的问题，并且调节方法 直观简便，并获得成形质量好、成形效率高的优质焊缝。

（6）本发明进行坡口内不同焊接区域的划分，从而针对不同焊接区域，采取不同 的焊枪角度，焊接电流电压规范，以更好的适应最佳焊接环境，抑制熔池下趟行为，获 得焊缝成形良好的焊缝。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特 征、目的和优点将会变得更明显：

图1为发明的设计坡口示意图；

图2为国家标准GBT985-2008标准形状的V形坡口示意图；

图3至图8为本发明的焊枪角度及单双丝焊接方法选择原则示意图；

其中，图3为根部焊接区，图4为上壁焊接区，图5为上层间焊接区，图6为 下壁焊接区，图7为下层间焊接区，图8为盖面焊接区；

图9为本发明实施例一的焊接平台结构示意图；

图10为本发明实施例一的具体焊道顺序图。

图中：1为焊接电源，2为焊丝，3为厚板，4为PC机，5为信号采集电路，6为 电流传感器，7为电压传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

一种面向大厚度板的GMAW横焊方法，包括以下步骤：

第一步：对待焊接的厚板进行坡口设计，设计根部区小坡口角度为45度、下板水 平、深度为60mm的坡口。

对比于国家标准GBT985-2008标准形状的V形深度为60mm的坡口，如图2。本 发明设计的改进的坡口，如图1所示，具有以下优点：

（1）抑制流淌趋势：图1坡口的下板呈水平，而图2坡口中下板为斜面，对于焊 接中熔化流动的熔池，斜面只会使下淌趋势更显著，而水平面可更有效承托下淌的熔滴， 而减缓其下淌趋势。

（2）有利于熔透效应：图1坡口的根部区小坡口角度为45度，相比于图2中35 度坡口，焊枪可达到的下倾角度更大，利于层壁熔透。并且在根部焊接时，焊枪头部可 更深入，有利于根部熔透。

（3）有利于提高焊接效率：图1坡口的横截面积比图2约小一半，则显然使用本 发明坡口需要填充的焊丝金属更好，焊接效率可更高。

第二步：对于整个坡口部分进行根部焊接区、上壁焊接区、上层间焊接区、下壁焊 接区、下层间焊接区、盖面焊接区的焊接区域的划分，并对于不同区域的焊道数量进行 划分。

第三步：对根部焊接区焊道进行焊接，采用单丝焊接，焊枪下倾25度以上。

根部焊道需采用焊枪下倾，并且由于是初道焊缝，会影响后焊道焊缝的质量，主要 考虑根部的熔透问题，故在此采用大电流单丝焊接，不采用双丝焊接。具体地，焊接电 压取28V-32V之间值，焊接电流取280A-320A之间值。

第四步：对下壁焊接区焊道进行焊接，采用双丝焊接，焊枪下倾25度。

具体地，引导焊丝焊接电压取25V-26V之间值，引导焊丝焊接电流取200A-220A 之间值，跟随焊丝焊接电压取24V-25V之间值，跟随焊丝焊接电流取160A-180A之间 值。

第五步：对下层间焊接区焊道进行焊接，采用双丝焊接，焊枪下倾15度。

具体地，引导焊丝焊接电压取25V-26V之间值，引导焊丝焊接电流取200A-220A 之间值，跟随焊丝焊接电压取24V-25V之间值，跟随焊丝焊接电流取160A-180A之间 值。

第四步、第五步中，下壁焊接与下层间焊接均采用焊枪下倾，因为下壁水平，可提 供给熔池以支持力，流淌趋势可以得到抑制。同时，采用双丝焊接以提高焊接效率。引 导焊丝的电流I1和电压U1略大于跟随焊丝的电流I2和电压U2。

第六步：对上壁焊接区焊道进行焊接，采用单丝焊接，焊枪上倾25度。

具体地，焊接电压取28V-29V之间值，焊接电流取240A-300A之间值。

第七步：对上层间焊接区焊道进行焊接，采用单丝焊接，焊枪上倾15度。

具体地，焊接电压取28V-29V之间值，焊接电流取240A-300A之间值。

第六步、第七步中，上壁焊接与上层间焊接均采用焊枪上倾斜，因为上层熔池没有 受到支持力，且如果使用双丝焊接则形成的熔池质量太大，易造成流淌。故采用单丝焊 接方法。

第八步：对盖面焊接区焊道进行焊接，采用单丝焊接，盖面焊接区焊道在上层间位 置时，焊枪上倾15度；盖面焊接区焊道在上壁位置时，焊枪上倾15度；盖面焊接区焊 道在下层间位置时，焊枪下倾15度；盖面焊接区焊道在下壁位置时，焊枪下倾25度。

盖面焊接需依照具体情况调节焊枪角度，采用单丝焊接，保证焊缝美观。具体地， 盖面焊接区焊道在上层间位置时，焊接电压取28V-29V之间值，焊接电流取240A-300A 之间值；盖面焊接区焊道在上壁位置时，焊接电压取28V-29V之间值，焊接电流取 240A-300A之间值；盖面焊接区焊道在下层间位置时，引导焊丝焊接电压取25V-26V之 间值，引导焊丝焊接电流取200A-220A之间值，跟随焊丝焊接电压取24V-25V之间值， 跟随焊丝焊接电流取160A-180A之间值；盖面焊接区焊道在下壁位置时，引导焊丝焊接 电压取25V-26V之间值，引导焊丝焊接电流取200A-220A之间值，跟随焊丝焊接电压 取24V-25V之间值，跟随焊丝焊接电流取160A-180A之间值。

进一步地，焊接保护气体采用体积配比为80%Ar+20%CO2的混合气体；焊接电流 方式采用直流方式；焊接速度为0.155m/min，气体流量为15L/min；且第四步和第五步 中，双丝焊枪间距为30mm，喷嘴直径为10mm，引导焊丝的电流和电压略大于跟随焊 丝的电流和电压。

以下结合具体实施例对本发明进行具体说明。

实施例一

实施对象：本具体实施方式用于两块300mm*100mm*50mm的Q345厚钢板的焊接。

实施装置：如图9所示，其为本发明采用的焊接平台结构示意图，图中，1为焊 接电源，具体采用Panasonic全数字气保焊机YD-500GR3型号焊机，2为JM53型号实 芯焊丝，3为Q345厚板，4为PC机，5为信号采集电路，6为电流传感器，7为电压传 感器，采用直流反接方式，焊丝接正极，母材厚板接负极。两台焊接电源均可独立设置 额定焊接电压及焊接电流，同时，焊接时进行电流电压的实时信号采集，分别由两路电 流传感器和两路电压传感器传达数据到PC机，由Labview程序记录电流、电压信号波 形。

实施工艺参数：保护气体选用80%Ar+20%CO2的混合气体，焊接电流方式采用直 流方式，焊接速度为0.155m/min，气体流量为15L/min，双丝焊枪间距为30mm，喷嘴 直径为10mm。

一种面向大厚度板的GMAW横焊方法，包括以下步骤：

第一步：对待焊接的厚板进行坡口设计，设计根部区小坡口角度为45度、下板水 平、深度为60mm的坡口；

第二步：对于整个坡口部分进行根部焊接区、上壁焊接区、上层间焊接区、下壁焊 接区、下层间焊接区、盖面焊接区的焊接区域的划分，并对于不同区域的焊道数量进行 划分，共划分26道焊道。

第三步：根部焊接，如焊缝堆积顺序图10，焊道1为根部焊道，采用单丝焊接，填 充整个根部小坡口。

具体地，如图3所示，α≥25°，28V≤U≤32V，280A≤I≤320A，其中，α为焊枪 倾斜角度，U,I为焊丝电压、电流，以下各步骤同理，不予赘述。

第四步：下壁焊接，焊道2，3，4，9为下壁焊道，采用双丝焊接，焊枪下倾25度。

具体地，如图4所示，á=β=25°，U1=25V U2=25V，200A≤I1≤220A，160A≤ I2≤180A。

第五步：下层间焊接，焊道6，7，11，12，13，16，19，21为下层间焊道，采用 双丝焊接，焊枪下倾15度。

具体地，如图5所示，á=β=15°，U1=25V U2=25V，200A≤I1≤220A，160A≤ I2≤180A。

第六步：上壁焊接，焊道5，8，15，18，22为上壁焊道，采用双丝焊接，焊枪上 倾25度。

具体地，如图6所示，á=15°，U=28V，240A≤I≤300A。

第七步：上层间焊接，焊道17，20，23为上层间焊道，采用单丝焊接，焊枪上倾 15度。

具体地，如图7所示，á=15°，U=28V，240A≤I≤300A。

第八步：盖面焊接，焊道10，14，24，25，26为盖面焊道，均采用单丝焊接。

具体地，如图8所示，U=23V，160≤I≤180A。具体á值根据不通位置进行选择， 盖面焊接区焊道在上层间位置时，焊枪上倾15度；盖面焊接区焊道在上壁位置时，焊枪 上倾15度；盖面焊接区焊道在下层间位置时，焊枪下倾15度；盖面焊接区焊道在下壁位 置时，焊枪下倾25度。

最终的焊缝堆积顺序如图10所示。

具体地，以下表1给出了本实施例的焊接电流电压规范，本实施例具体的焊接电流 电压、以及单双丝的选取顺序，参见表1。

表1最佳焊接参数

Tab.1The best welding parameters

焊道 前弧参数（A-V） 后弧参数（A-V） 焊速（m/min） 气体流量（L/min） 1 290-32   0.155 15 2 220-25 200-24 0.155 15-15 3 220-25 200-24 0.155 15-15

4 220-25 200-24 0.155 15-15 5 260-28   0.155 15 6 220-25 200-24 0.155 15-15 7 220-25 200-24 0.155 15-15 8 260-28   0.155 15 9 220-25 200-24 0.155 15-15 10 180-23   0.155 15 11 180-23 160-22 0.155 15-15 12 220-25 200-24 0.155 15-15 13 180-23 160-22 0.155 15-15 14 180-23   0.155 15 15 240-27   0.155 15 16 220-25 200-24 0.155 15-15 17 180-23   0.155 15 18 240-27   0.155 15 19 180-23 160-22 0.155 15-15 20 180-23   0.155 15 21 180-23 160-22 0.155 15-15 22 220-25   0.155 15 23 180-23   0.155 15 24 180-23   0.155 15 25 180-23   0.155 15 26 180-23   0.155 15

在本实施例中，不同焊道的顺序不可调换。但是，需要说明的是，在采用类似坡口 形式的一般焊接实施例中，不同焊道的顺序是否需要调换根据实际需要进行选择，本实 施例并不用于限定本发明。但是，在采用类似坡口形式的一般焊接实施例中，不同焊接 区域的焊接顺序是固定的，即根部---下壁---下层间---上壁---上层间---盖面，各焊接区域 适用的焊枪角度和焊接电流电压有参照第三步至第八步的规定。

综上所述，本发明的面向大厚度板的GMAW横焊方法，设计了深度60mm、根部 区小坡口角度为45度的大厚度板横焊坡口形式，并且，对于整个坡口部分进行根部焊 接区、上壁焊接区、上层间焊接区、下壁焊接区、下层间焊接区、盖面区的焊接区域的 划分，且对不同区域的焊枪调节角度进行了规范。同时，本发明给出了获得合格焊缝的 包含电弧电压及电流焊接规范，对于焊接时采用单丝和双丝的焊接顺序进行了规定。该 方法能获得没有熔池下淌、熔透度良好的合格焊缝，并能显著提高焊接效率。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。