能快速确定V型坡口埋弧焊一次成形焊接线能量的方法

摘要

能快速确定V型坡口埋弧焊一次成形焊接线能量的方法：根据埋弧焊接母材厚度，确定坡口深度、钝边量、坡口角度，焊缝搭边量、焊缝余高量、缩进量、焊缝根部半径各参数；根据上述各参数值及S=1/2πbc (tgα)+b2(tgα)+2(a-k)b+1/2πr2计算焊缝的熔化面积S；根据E/E0=S/S0确定埋弧焊线能量：根据所计算的线能量值进行常规焊接。本发明其不仅成功率高，且无需再经试验及选择，消除人力、资源、能耗大量浪费，在V型坡口埋弧焊一次成形焊接中，焊接线能量的确定准确、快速。大大提高V型坡口埋弧焊一次成形的焊接效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种埋弧焊接方法，具体地属于一种能快速确定V型坡口埋弧焊一次成形焊接线能量的方法。

背景技术

埋弧焊具有自动化、高效率、焊缝质量优良的特点。埋弧焊单侧焊缝一次成形效率高，但易出现未填满或焊缝过高的问题，这些均是焊接缺陷。焊缝未填满时，焊缝有效承载截面不足，易导致失效。相反地，如果焊缝余高过大，则易在焊缝处产生较大的焊接应力及应力集中，也易产生焊件的失效或其它问题。而出现未填满或焊缝过高的原因是一次性焊接的线能量选择不合理。

线能量的制定是一个非常复杂的问题，以往对于一次成形的线能量往往要通过多次实验才能确定，这种方法浪费很大。其工序如下：坡口加工→焊接→焊缝探伤→试板解剖→磨样观察等过程。每更改一次坡口尺寸，都需完成一次上述实验的循环，实验周期长，浪费大。

根据工件厚度及设备条件，一般采用多层多道焊。但在某些场合如螺旋焊管的焊接中，则采用焊缝一次成形。一次焊满工艺在螺旋焊管等领域应用较多。对于多层多次焊，焊缝质量容易控制，因为可以采用多次焊接工艺，只要填满焊缝就可以了。一次成形就是采用单丝、双丝及多丝焊接工件一侧的焊缝，通过一道次的焊接，就要达到需要的焊缝熔深、填满焊缝并达到需要的焊缝余高，并不产生缺陷。至目前为此，选择焊接线能量只是凭经验。然而，决定焊接线能量的因素很多，包括焊接坡口的各参数如深度、角度、钝边量，以及焊缝余高及宽度等因素，仅凭经验其不仅成功率必然很低，且造成造成人力、资源、效率、能耗等的大量浪费。因此本发明提出一种在V型坡口埋弧焊一次成形焊接中，焊接线能量确定准确、快速，无需经大量试验后而予以选择确定。其具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术存在的仅凭经验其不仅成功率低，且造成人力、资源、效率、能耗大量浪费的不足，提供一种针对V型坡口埋弧焊，准确、快速地确定焊缝一次成形的焊接线能量的方法。

实现上述目的的措施：

能快速确定V型坡口埋弧焊一次成形焊接线能量的方法，其步骤：

1）根据埋弧焊接母材厚度，确定坡口深度、钝边量、坡口角度，焊缝搭边量、焊缝余高量、缩进量、焊缝根部半径各参数；

2）根据上述各参数值，利用以下公式计算焊缝的熔化面积S:

    S=1/2πbc (tgα)+b²(tgα)+2(a-k)b+1/2πr²

式中：S—表示焊缝的熔化面积，单位为mm²，

a—表示焊缝的搭边量，单位为mm，

b—表示坡口深度，单位为mm，

c—表示焊缝余高，单位为mm，

d—表示钝边量，单位为mm，

k—表示焊缝余高宽度与母材近表面焊缝宽度之间差值的1/2量，单位为mm，

r—表示根部半径，单位为mm，

α—表示坡口角度的1/2角度；

3）根据以下公式确定埋弧焊线能量：

         E/E₀=S/S₀

式中：E—表示需要确定的线能量值，单位为kJ/cm，

     E_0—表示埋弧焊线能量的基准值，设为常数，其值为57 kJ/cm，

     S—表示焊缝的熔化面积，单位为mm²，

     S₀—表示焊缝熔化面积的基准值，设为常数，其值为182.9 mm²；

4）根据所计算的线能量值进行常规焊接。

对于V型坡口：为了形成有效的焊缝，必须将焊接边端采用机加工等方法加工坡口，以便埋弧焊电弧加热及熔化焊接端面、填充焊缝金属。一次成形的埋弧焊坡口一般为中间带钝边对称或非对称双面V型。坡口的主要参数有角度、钝边、深度。

完整的焊缝：单侧焊缝一次成形，正、反面焊缝需有一定的余高及搭边量，这样才能得到形状较好的焊缝。

焊接线能量：是输入焊缝单位长度上焊接热源的能量。埋弧焊的焊接线能量范围较宽，其选择依据是被焊工件的厚度以及被焊工件在冶金性能上能否承受。线能量是埋弧焊单侧焊缝一次成形的关键影响因素。

本发明提出一种在V型坡口埋弧焊一次成形焊接中，焊接线能量确定准确、快速，无需经大量试验确定。

长期以来，本申请人经过大量的研究及试验，根据要达到的焊缝尺寸，通过建立的数学模型，即焊缝的熔化面积S:S=1/2πbc (tgα)+b²(tgα)+2(a-k)b+1/2πr²  及埋弧焊线能量的确定公式：E/E₀=S/S₀而计算确定焊接线能量。

所建立的数学模型中，E₀及S₀均为通过大量分析、试验而获得的值，其两值的确定具有广泛的适用性。经大量针对试验需要焊接的工件的坡口，焊缝余高、搭边量、重叠量而予以验证，其吻合性很好。

本发明之所以建立E/E₀=S/S₀，经大量试验研究，以及理论分析，其S/S₀比值与一次成形的焊接线能量基本上成正比关系。

本发明与现有技术相比，其不仅成功率高，且无需再经试验及选择，消除人力、资源、能耗大量浪费，在V型坡口埋弧焊一次成形焊接中，焊接线能量的确定准确、快速。大大提高V型坡口埋弧焊一次成形的焊接效率。

附图说明

图1为本发明V型坡口的结构及形状示意图；

图2为采用本发明后的实际焊缝横截面。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例单侧坡口参数及计算的线能量值列表；

表2为采用与表1在相对应的同样坡口形式下实际焊接的单侧焊缝参数及线能量值列表。

表2中各例的试验条件：焊丝直径为4.0mm，埋弧焊焊剂为碱性烧结焊剂CHF101；焊机采用Lincoln双丝埋弧自动焊机。焊缝坡口形式为X型坡口，反面不清根。

各实施例的线能量按照以下步骤予以确定：

1）根据埋弧焊接母材厚度，确定坡口深度、钝边量、坡口角度，焊缝搭边量、焊缝余高量、缩进量、焊缝根部半径各参数；

2）根据上述各参数值，利用以下公式计算焊缝的熔化面积S:

    S=1/2πbc (tgα)+b²(tgα)+2(a-k)b+1/2πr²

式中：S—表示焊缝的熔化面积，单位为mm²，

a—表示焊缝的搭边量，单位为mm，

b—表示坡口深度，单位为mm，

c—表示焊缝余高，单位为mm，

d—表示钝边量，单位为mm，

k—表示焊缝余高宽度与母材近表面焊缝宽度之间差值的1/2量，单位为mm，

r—表示根部半径，单位为mm，

α—表示坡口角度的1/2角度；

以上各取值见表1；

3）根据以下公式确定埋弧焊线能量：

         E/E₀=S/S₀

式中：E—表示需要确定的线能量值，单位为kJ/cm，

     E_0—表示埋弧焊线能量的基准值，设为常数，其值为57 kJ/cm，

     S—表示焊缝的熔化面积，单位为mm²，

     S₀—表示焊缝熔化面积的基准值，设为常数，其值为182.9 mm²；

4）根据所计算的线能量值进行常规焊接。

表1本发明各实施例单侧焊缝参数及计算的线能量值列表

表2  采用与表1在相对应的同样坡口形式下实际焊接的单侧焊缝参数

及线能量值列表

说明：表2经焊接后，其r及α已经无法获取值，故表2中两个参数均未出现。

从表1及表2的对比可以分析出，采用本发明计算确定的焊接线能量值与实际的焊接线能量值一致性好，很疯的结构参数与坡口的参数几乎一致。这足以说明本发明确定的焊接线能量是准确的，符合实际的，其大大提高效率，消除了各方面的浪费。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。