振动筛箱形梁角接接头单面J形坡口全熔透焊接方法

摘要

本发明为一种振动筛箱形梁角接接头单面J形坡口全熔透焊接方法，该方法不加焊接垫板，通过选用具有直线定位功能的通用焊接机器人，对焊缝熔池成形影响因素及其技术特征形成的定量要素指标进行有效控制，保持焊接过程中熔池成形得以连续、稳态控制，实现该类角接接头单面J形坡口全熔透。本发明方法解决类似振动筛箱形梁的角接接头开单面J形坡口焊因不允许采用永久性垫板，以及采用可拆卸垫板会造成不同程度的焊缝根部未熔合和未焊透，无法保证焊缝全部熔透的问题，简化了焊接工艺过程，大大降低了综合生产成本，效率提高了将近两倍，同时大大降低了焊接操作人员的劳动强度，提升了产品的焊接质量。

说明书

技术领域

本发明涉及钢板结构件全熔透焊缝焊接技术领域，具体是一种振动筛箱形梁角接接头单面J形坡口全熔透焊接方法。

背景技术

香蕉形直线振动筛上有一种安装激振器的横梁（以下简称横梁），属于一种典型的半封闭箱形梁焊接结构，该类结构设计多采用角接接头搭接的内、外角焊缝形式，见附图1。目前，与此箱形梁结构类似的角接接头开单面坡口焊，通用的做法是预留对接间隙，采用在翼板内侧加焊接垫板的方法保证焊缝全熔透，见附图2。但对于振动筛产品，其筛体质心设计是筛机可靠性考量的一个关键因素，横梁处于筛体的形心部位，增加自身重量会改变筛机的质心位置。因此，设计上不允许采用永久性垫板。而采用可拆卸垫板，一方面涉及陶瓷、紫铜等特种材料，工程实施过于繁琐，过程控制成本较高；另一方面因实施控制环节较多，控制不当背面焊缝反而会出现不同程度的根部未熔合和未焊透等缺陷，无法保证焊缝全部熔透。对于此类箱形梁小型结构的开单面坡口焊，除采用焊接垫板的方法外，也可以采用手工钨极氩弧焊打底保证焊缝根部全熔透、再盖面的焊接方法。但该方法对于振动筛横梁结构焊接，因焊缝工作量较大，手工钨极氩弧焊效率过低，焊接质量不易控制，人工成本也较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决类似振动筛箱形梁的角接接头开单面J形坡口焊因不允许采用永久性垫板，以及采用可拆卸垫板会造成不同程度的焊缝根部未熔合和未焊透，无法保证焊缝全部熔透的问题，而提供一种振动筛箱形梁角接接头单面J形坡口全熔透焊接方法。本发明中香蕉形直线振动筛的箱形梁结构设计为角接接头开单面坡口焊形式，该箱形梁结构包括底板、盖板以及设于二者两端之间的翼板，翼板的两端外侧开设坡口，见附图2，本发明要求此焊缝100%全熔透，焊缝质量达到GB/T3323射线探伤标准中Ⅰ级要求。目前，中、大型香蕉形直线振动筛中尚未发现此类箱形梁结构设计采用角接接头开单面坡口焊形式。

从原理上讲，焊缝单面焊双面成形的关键在于熔池成形得以连续、稳态控制。例如焊条电弧焊对接接头单面焊双面成形的“连续熔孔控制技术”，其技术关键在于对接接头坡口钝边、对接间隙、焊接工艺规范参数等的合理确定及严格控制，并在焊接过程中的熔池底部形成焊接熔孔并保持熔孔的连续及稳定。因此，通过对焊缝熔池成形的影响因素及其技术特征形成的定量要素指标进行有效控制，保持焊接过程中熔池成形状态的连续、稳定，可以实现角接接头开坡口单面焊双面成形。因此，对于不加焊接垫板、实现类似振动筛横梁结构的箱形梁的角接接头单面坡口全熔透，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种振动筛箱形梁角接接头单面J形坡口全熔透焊接方法，包括如下步骤：

1）选用具有直线定位功能的通用焊接机器人，焊接机器人具备焊道轨迹示教功能；焊道轨迹示教功能能够弥补构件装配误差造成的影响，保证焊枪轨迹与坡口焊道位置精度的一致性，同时发挥自动化焊接过程能够得以稳定控制的优势；

2）从母材本体上取材调试试板，保证坡口尺寸精度与产品技术要求严格一致，通过调试试板进行焊接工艺评定试验，最终确定焊缝熔池成形影响因素及其技术特征形成的定量要素的控制指标，包括坡口类型及尺寸、焊丝点位置、焊枪倾角、焊丝干伸长、保护气体及流量以及装配间隙形成的定量要素的控制指标，对其进行严格有效控制，实现焊接过程的定量化、参数化及精细化，保持焊接过程中熔池成形得以连续、稳态控制；

3）在对焊接工艺评定试验得到的定量要素的控制指标进行有效控制的前提下，通过焊接工艺评定试验，确定与之匹配的焊接工艺规范参数，焊接工艺规范参数是决定焊缝熔池成形的决定性因素；

4）产品焊前准备：①零件坡口及尺寸精度严格通过机加保证，确保焊道直线度及焊接电弧的稳定性；②对定位焊缝进行修形，避免其影响焊接电弧；③清理坡口焊道及周围无污物、杂质，避免污染进入熔池造成焊缝产生气孔、夹渣等缺陷；

5）正式焊接产品：①通过焊接机器人直线定位功能进行焊道轨迹示教，②对定量要素的控制指标进行严格控制，③施焊前预先用焊枪在焊缝背面输送保护气体，隔绝空气，④严格执行焊接工艺评定试验确定的工艺规范参数。

进一步的，步骤2）中最终确定焊缝熔池成形影响因素及其技术特征形成的定量要素的控制指标如下：①坡口类型选择J形坡口，J形坡口钝边p=2.5mm，J形坡口面角度β=25°，J形坡口过渡圆角度R=6 mm；②焊丝点位置即焊枪焊丝尖距离坡口钝边底部L_sd=1.0-1.5mm；③焊枪倾角即焊丝轴向中心平面距离坡口面上边距L_jd=1.0-1.5mm；④焊丝干伸长即喷嘴边沿距接头梁板平面边距L_gd=1.5-2.0mm；⑤保护气体选择富氩保护气(80%氩气+20%CO2)，保护气体流量18-22L/min；⑥装配间隙即翼板坡口钝边底面距接头梁板平面边距 c=0-0.5mm；步骤3）中焊接工艺规范参数如下：焊接电流I=280±10A，U=29±2v，焊接速度400-450mm/min。

本发明方法不加焊接垫板，通过选用具有直线定位功能的通用焊接机器人，对焊缝熔池成形影响因素及其技术特征形成的定量要素指标进行有效控制，保持焊接过程中熔池成形得以连续、稳态控制，实现该类角接接头单面J形坡口全熔透。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明方法不加焊接垫板，实现了类似振动筛箱形梁的角接接头单面J形坡口焊全熔透，解决了类似振动筛箱形梁的角接接头开单面J形坡口焊因不允许采用永久性垫板，以及采用可拆卸垫板因实施过程繁琐控制不当会造成不同程度的焊缝根部未熔合和未焊透，无法保证焊缝全部熔透的问题；

2）本发明方法不加焊接垫板，避免了可拆卸垫板的额外加工成本及繁琐过程的控制成本，简化了焊接工艺过程，提高了工作效率，大大降低了综合生产成本；

3）本发明方法采用目前焊接工程实践中应用日益广泛的通用焊接机器人（焊接速度400-600mm/min），相比手工钨极氩弧焊焊缝打底（焊接速度250-300mm/min），效率提高了将近两倍，同时大大降低了焊接操作人员的劳动强度，提升了产品的焊接质量。

附图说明

图1为箱形梁结构角接接头搭接的内、外角焊缝横剖图。

图2为箱形梁结构角接接头开单面坡口焊横剖图。

图3为J形坡口形式及尺寸特征放大图。

图4为焊缝熔池成形影响因素及其技术特征定量要素指标示意图。

图中：1-底板、2-翼板、3-盖板、4-角接接头搭接部位、5-角接接头搭接内外角焊缝、6-焊接垫板、7-J形坡口、8-焊枪、9- J形坡口钝边、10-J形坡口过渡圆角度、11-J形坡口面角度、12-焊丝点位置、13-焊枪倾角、14-焊丝干伸长、15-装配间隙。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1至图4所示，一种振动筛箱形梁角接接头单面J形坡口全熔透焊接方法，包括如下步骤：

1）选用具有直线定位功能的通用焊接机器人，焊接机器人具备焊道轨迹示教功能，具体选用KUKA公司的KR16-2焊接机器人；

2）从母材本体上取材调试试板，通过调试试板进行焊接工艺评定试验，最终确定焊缝熔池成形影响因素及其技术特征形成的定量要素的控制指标，包括坡口类型及尺寸、焊丝点位置、焊枪倾角、焊丝干伸长、保护气体及流量以及装配间隙形成的定量要素的控制指标，对其进行严格有效控制，实现焊接过程的定量化、参数化及精细化，保持焊接过程中熔池成形得以连续、稳态控制；具体评定以焊缝熔透钝边、背面成形及符合GB/T3323射线探伤标准中Ⅰ级要求为准；焊接位置选择横焊位置，熔滴过渡受电弧的侧向推力，熔池有底板承托约束，熔滴过渡条件相比水平焊位置有极大改善，最终确定焊缝熔池成形影响因素及其技术特征形成的定量要素的控制指标如下：

①坡口类型选择J形坡口，J形坡口钝边p=2.5mm，J形坡口面角度β=25°，J形坡口过渡圆角度R=6 mm，坡口尺寸及精度通过机加保证；②焊丝点位置即焊枪焊丝尖距离坡口钝边底部L_sd=1.0-1.5mm；③焊枪倾角即焊丝轴向中心平面距离坡口面上边距L_jd=1.0-1.5mm；④焊丝干伸长即喷嘴边沿距接头梁板平面边距L_gd=1.5-2.0mm；⑤保护气体选择富氩保护气(80%氩气+20%CO2)，保护气体流量18-22L/min；⑥装配间隙即翼板坡口钝边底面距接头梁板平面边距 c=0-0.5mm；

3）在对焊接工艺评定试验得到的定量要素的控制指标进行有效控制的前提下，通过焊接工艺评定试验，确定与之匹配的焊接工艺规范参数，确定焊接电流I=280±10A，U=29±2v，焊接速度400-450mm/min；焊接过程中，仔细观察熔池的变化及电弧要充分熔化坡口两侧的母材部分，保持熔池清晰且为椭圆形，同时注意观察背面焊缝电弧位置前方从坡口装配间隙透出的飞溅及红色弧光的稳定性，及时微调电弧电压和焊接速度，保持焊接过程中熔池成形状态得以连续、稳定控制；

4）产品焊前准备：①零件坡口及尺寸精度严格通过机加保证，确保焊道直线度及焊接电弧的稳定性；②对定位焊缝进行修形，避免其影响焊接电弧，具体操作可为打磨定位焊缝与坡口母材圆滑过渡，露出金属光泽，用低压空气吹净金属粉末；③清理坡口焊道及周围20-30mm范围内无污物、杂质，避免污染进入熔池造成焊缝产生气孔、夹渣等缺陷，清理部位用低压空气吹净；

5）正式焊接产品：①通过焊接机器人直线定位功能进行焊道轨迹示教，②对定量要素的控制指标进行严格控制，③施焊前预先用焊枪在焊缝背面输送保护气体，隔绝空气，④严格执行焊接工艺评定试验确定的工艺规范参数。焊接完成后进行检验，正面焊缝外观鱼鳞纹一致，表面平滑，坡口两侧无咬边；背面焊缝形成1-2mm的角焊缝，焊道平直，表面光滑平整，达到箱形梁角接接头开单面J形坡口全熔透的效果及要求。

此外，本发明对于类似振动筛箱形梁的角接接头开单面J形坡口焊全熔透的方法，在工程实践中焊缝施焊层数根据对接钢板的厚度进行选择：当对接钢板厚度t≤8mm时，焊缝设计一遍完成 ；t＞8-12mm时，焊缝设计一遍打底、一遍盖面；t＞12-16mm时，焊缝设计一遍打底、一遍填充，一遍盖面，对于其中的填充焊、盖面焊无特殊要求。