一种非规则间隙平对接焊接方法

摘要

本发明提供一种非规则间隙平对接焊接方法，涉及焊接技术领域。该非规则间隙平对接焊接方法包括以下步骤：打底层焊接，利用焊枪从间隙的小口端移动到大口端并在间隙的根部进行焊接，形成打底层，根据焊接熔孔的直径，判断间隙大小，并调整焊枪的行走角度和工作角度。在打底层焊接过程中，通过观察焊接熔孔的大小变化，判定坡口间隙的变化，调整焊枪的行走角度和工作角度，从而实现焊缝在间隙根部熔合和背面焊缝成型。根据坡口间隙不断调整焊枪的位姿，在保证间隙的小口端熔透的同时，还保证间隙的大口端不焊漏，在确保焊缝的背面成型的同时，保证焊缝在间隙根部的熔合，在坡口间隙不匀的情况下，有效保证焊缝质量和探伤合格率。

说明书

技术领域

本发明总体来说涉及焊接技术领域，具体而言，涉及一种非规则间隙平对接焊接方法。

背景技术

在焊接技术领域中，平对接位置的对接焊缝属于一种比较简单的焊接接头形式。

在日常生产过程中，大型的组焊件通常是由若干个小型组焊件组对而成，然而小型组焊件在焊接过程中容易存在焊接变形，导致尺寸发生变化。在大型组焊件组对过程中，为了兼顾其他位置的总体尺寸，常常会发生对接焊缝间隙不匀的情况发生，尤其是在坡口间隙不匀时进行焊接，容易出现小间隙端未焊透缺陷或者大间隙端背面焊瘤等焊接缺陷，难以保证焊缝的质量和探伤合格率，造成焊缝返修，不仅影响生产效率，同时不利于焊缝的抗疲劳性能。

发明内容

本发明提供了一种非规则间隙平对接焊接方法，提高焊接质量和焊接生产效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种非规则间隙平对接焊接方法，所述间隙为“八”字形结构，所述非规则间隙平对接焊接方法包括以下步骤：

打底层焊接，利用焊枪从间隙的小口端移动到大口端并在间隙的根部进行焊接，形成打底层，根据焊接熔孔的直径，判断间隙大小，并调整焊枪的行走角度和工作角度。

在其中一些实施方式中，在间隙的小口端时，如果焊接熔孔的直径在2.5mm～3mm之间，焊枪不摆动，焊枪的工作角度为90°，焊枪的行走角度为85°～90°。

在其中一些实施方式中，如果焊接熔孔的直径大于等于3mm，焊枪采用Z字型摆动，以将电弧向坡口间隙的两侧摆动，并调整焊枪的行走角度。

在其中一些实施方式中，随着间隙的逐渐增大，焊枪的行走角度逐渐减少。

在其中一些实施方式中，焊枪的行走角度为45°～90°。

在其中一些实施方式中，随着间隙的逐渐增大，焊枪的摆动频率逐渐增加。

在其中一些实施方式中，如果焊接熔孔大于焊丝直径，将焊枪从间隙的根部向坡口侧进行摆动。

在其中一些实施方式中，在打底层焊接时，焊枪在引弧板上进行引弧和收弧过程。

在其中一些实施方式中，在所述打底层焊接之前，还包括以下步骤：

定位焊，在间隙的两端分别进行定位焊接，定位焊接的焊缝长度大约为20mm～40mm。

在其中一些实施方式中，将定位焊接的焊缝的端部打磨，并打磨成斜坡状结构。

在其中一些实施方式中，在所述打底层焊接之后，还包括以下步骤：

填充层焊接，在起弧后将焊枪作运条摆动，并将焊枪沿间隙的坡口侧向根部移动，在电弧运行到间隙根部之后，将焊枪进行横向摆动，并在间隙的两个坡口侧停留预设时间，以在打底层的顶面形成填充层。

在其中一些实施方式中，填充层的焊缝和待焊接工件的表面之间的距离为1mm～1.5mm。

在其中一些实施方式中，在所述填充层焊接之后，还包括以下步骤：

盖面层焊接，在起弧后，将焊枪沿焊接方向从小口端匀速推进至大口端，并将焊丝始终处于熔池前端的1/4位置处，以在填充层的顶面形成盖面层。

本发明的一个实施例具有如下优点或有益效果：

本实施例提供的非规则间隙平对接焊接方法，在打底层焊接过程中，通过观察熔池的大小变化和焊接熔孔的大小变化，判定坡口间隙的变化，调整焊枪的行走角度和工作角度，以达到随时调整焊接角度及焊接手法的目的，从而实现焊缝在间隙根部熔合和背面焊缝成型。根据坡口间隙不断调整焊枪的位姿，在保证间隙的小口端熔透的同时，还保证间隙的大口端不焊漏，在确保焊缝的背面成型的同时，保证焊缝在间隙根部的熔合，在坡口间隙不匀的情况下，有效保证焊缝质量和探伤合格率。

附图说明

为了更好地理解本发明，可参考在下面的附图中示出的实施例。在附图中的部件未必是按比例的，并且相关的元件可能省略，以便强调和清楚地说明本发明的技术特征。另外，相关要素或部件可以有如本领域中已知的不同的设置。此外，在附图中，同样的附图标记在各个附图中表示相同或类似的部件。通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

其中：

图1示出的是本发明一实施例的非规则间隙平对接焊接方法中显示坡口间隙的结构示意图一；

图2示出的是本发明一实施例的非规则间隙平对接焊接方法中显示坡口间隙的结构示意图二；

图3示出的是本发明一实施例的非规则间隙平对接焊接方法中显示坡口间隙的结构示意图三；

图4示出的是本发明一实施例的非规则间隙平对接焊接方法在完成焊接后的坡口间隙示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、焊枪；200、待焊接工件；

10、间隙；11、小口端；12、大口端；

1、打底层；2、填充层；3、盖面层。

具体实施方式

下面将结合本发明示例实施例中的附图，对本发明示例实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本文中的描述的示例实施例仅仅是用于说明的目的，而并非用于限制本发明的保护范围，因此应当理解，在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以对示例实施例进行各种修改和改变。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何组合和所有组合。特别地，提到“该/所述”对象或“一个”对象同样旨在表示可能的多个此类对象中的一个。

除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

进一步地，本发明的描述中，需要理解的是，本发明的示例实施例中所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明的示例实施例的限定。还需要理解的是，在上下文中，当提到一个元件或特征连接在另外元件(一个或多个)“上”、“下”、或者“内”、“外”时，其不仅能够直接连接在另外(一个或多个)元件“上”、“下”或者“内”、“外”，也可以通过中间元件间接连接在另外(一个或多个)元件“上”、“下”或者“内”、“外”。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

在组对过程中受物料影响，会造成的对接焊缝间隙不匀，引起的对接焊缝的根部未熔合与焊瘤等缺陷。为了解决这个问题，如图1-图4所示，本实施例提供了一种非规则间隙平对接焊接方法，间隙10为“八”字形结构。非规则间隙平对接焊接方法包括以下步骤：打底层1焊接，利用焊枪100从间隙10的小口端11移动到大口端12并在间隙10的根部进行焊接，形成打底层1，根据焊接熔孔的直径，判断间隙10大小，并调整焊枪100的行走角度和工作角度。

需要特别说明的是，在熔焊时，在待焊接工件200所形成的具有一定几何形状的液态金属部分位熔池。通过控制电弧长短、位置和熔池形状、温度，在坡口间隙10的根部形成熔化孔洞即为焊接熔孔。

需要特别说明的是，待焊接工件200的母材为S500MC材质，其主要化学成分：C≤0.21％，Si≤0.30％，Mn≤1.5％，P≤0.030％，S≤0.025％。主要力学性能：屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥550MPa～700MPa，延伸率≥12％～17％。

需要特别说明的是，该非规则间隙平对接焊接方法，采用实芯焊丝对具有坡口间隙10的箱体板材进行对接焊接，适用于箱型结构、非规则间隙10进行单面焊双面成型。由于箱体结构属于封闭型结构，焊缝背面成型不能通过外观检查的方式进行自检，亦不能进行背面返修，需一次成型。其中，单面焊双面成型具体是指，熔化的金属液体通过焊接熔孔流到待焊接工件200中坡口间隙10的背面，并在冷却后形成背部焊缝。

需要特别说明的是，坡口间隙10大约为2mm～8mm，坡口间隙10对于整条焊缝而言，间隙10为“八”字形结构，即焊缝的一端为小口端11，小口端11的坡口间隙10偏小，大约为1mm～1.5mm或2mm～3mm或1.5mm～2mm，焊缝的一端为大口端12，另一端坡口间隙10偏大，大约为4mm～4.5mm或6mm～8mm或5mm～7mm。

本实施例提供的非规则间隙平对接焊接方法，在打底层1焊接过程中，通过观察熔池的大小变化和焊接熔孔的大小变化，判定坡口间隙10的变化，调整焊枪100的行走角度和工作角度，以达到随时调整焊接角度及焊接手法的目的，从而实现焊缝在间隙10根部熔合和背面焊缝成型。根据坡口间隙10不断调整焊枪100的位姿，在保证间隙10的小口端11熔透的同时，还保证间隙10的大口端12不焊漏，在确保焊缝的背面成型的同时，保证焊缝在间隙10根部的熔合，在坡口间隙10不匀的情况下，有效保证焊缝质量和探伤合格率。

在一个实施例中，在间隙10的小口端11时，如果焊接熔孔的直径在2.5mm～3mm之间，焊枪100不摆动，焊枪100的工作角度为90°，焊枪100的行走角度为85°～90°。

由于间隙10小口端11的间隙10比较小，焊枪100无需摆动，就能实现间隙10的焊接。此时，焊枪100的行走角度为85°～90°，保证电弧温度集中在间隙10的根部，保证间隙10的根部熔透。当焊枪100的工作角度为90°时，熔池温度迅速提高，焊接熔孔能够顺利打开，使在背部焊缝成型比较平整，从而减少接头点内凹的情况。

需要特别说明的是，在间隙10的小口端11采用直线型焊接方式，并采用连弧焊接。具体地，连弧焊接在间隙10的根部使用较小的焊接电流，焊条以极短的电弧长度和几乎不摆动或者微量的横向摆动运条进行焊接，以使电弧产生的热量能够集中到间隙10的根部，保证根部焊缝被焊透，并与背面焊缝实现良好成型。

在一个实施例中，如果焊接熔孔的直径大于等于3mm，焊枪100采用Z字型摆动，以将电弧向坡口间隙10的两侧摆动，并调整焊枪100的行走角度。

当观察焊接熔孔的直径大于3mm以上时，说明间隙10的尺寸发生较大改变，这时焊枪100不停弧并采用Z字型摆动，将电弧向坡口两侧摆动，通过焊枪100摆动到坡口来降低熔池温度，以适应于较大尺寸的间隙10，从而实现较大间隙10的填充和焊接。在此过程中，可改变焊枪100的行走角度，例如焊枪100可以后倾。

在一个实施例中，如图1-图4所示，随着间隙10的逐渐增大，焊枪100的行走角度逐渐减少。

当其他焊接因素一样时，根据间隙10的不同，焊枪100的行走角度就不同，随着间隙10的逐渐增大，焊枪100的行走角度逐渐减少，利用焊枪100的角度的变化，可以控制熔池温度，使电弧分散，熔池温度较低，焊面就越薄，以实现较大间隙10的填充和焊接。

在一个实施例中，焊枪100的行走角度为45°～90°。焊枪100的行走角度至少大于45°，避免喷嘴保护不良，而产生气孔等质量缺陷。

在一个实施例中，随着间隙10的逐渐增大，焊枪100的摆动频率逐渐增加。

焊枪100的摆动频率随着间隙10的增大也加快，以实现较大间隙10的快速焊接。例如：当坡口间隙10为3mm时，焊枪100的摆动频率为2下/秒；当坡口间隙10为3mm～5mm时，焊枪100的摆动频率为4下/秒；当坡口间隙10为大于5mm小于8mm时，焊枪100的摆动频率为5下/秒。

在一个实施例中，如果焊接熔孔大于焊丝直径，将焊枪100从间隙10的根部向坡口侧进行摆动。

在焊枪100的摆动过程中，需要持续观察焊接熔孔的直径，如果焊接熔孔大于焊丝直径，就需要将焊枪100从间隙10的根部向坡口侧进行摆动，避免焊穿，造成焊瘤等质量缺陷。

在一个实施例中，在打底层1焊接时，焊枪100在引弧板上进行引弧和收弧过程。

其中，起弧是指在焊条或焊丝进行电弧焊施焊时，使焊条或焊丝引燃焊接电弧的过程。收弧是指在焊接时电弧中断和焊接结束，会产生弧坑、疏松、裂纹、气孔和夹渣等现象。通过在打底层1焊接时，确保起收弧在引弧板上进行，避免在焊缝主体中遗留起收弧缺陷，提高焊接质量。可以理解的是，在整体焊缝焊接完成后，再将引弧板加工去除。

在一个实施例中，在打底层1焊接之前，还包括以下步骤：定位焊，在间隙10的两端分别进行定位焊接。

在打底层1焊接之前，首先将箱型结构的板材进行组对，使板材满足工艺尺寸要求，并在坡口间隙10的两端进行定位焊接，还可在整个结构的其他部位进行定位焊，以满足点固需求，起到初始预定位的作用，避免在打底层1焊接时出现位置跑偏的情况。

在一个实施例中，定位焊接的焊缝长度大约为20mm～40mm。定位焊接，严格按照工艺评定要求进行处理，确保定位焊接无焊接缺陷。

在一个实施例中，将定位焊接的焊缝的端部打磨，并打磨成斜坡状结构。

通过将定位焊接的焊缝两个端头进行打磨，去除起收弧焊接缺陷，并将端头打磨成斜坡状结构，便于后期焊接时能够顺利进行并不产生其他质量缺陷。

需要特别说明的是，在定位焊之后，还需要进行后期焊接，以实现整体焊接过程，后期焊接的对接缝焊接包括打底层1焊接、填充层2焊接和盖面层3焊接。

在一个实施例中，在打底层1焊接之后，还包括以下步骤：填充层2焊接，在起弧后将焊枪100作运条摆动，并将焊枪100沿间隙10的坡口侧向根部移动，在电弧运行到间隙10根部之后，将焊枪100进行横向摆动，并在间隙10的两个坡口侧停留预设时间，以在打底层1的顶面形成填充层2。其中，预设时间可选0.5秒～1秒。

采用填充层2焊接，第一，可以加强层间的打磨，以消除上层焊缝的缺陷，去除表面的氧化皮；第二，等待焊缝冷却，控制层间温度，减小热输入；第三，可打磨平整，使焊缝成型美观，以减少在填充层2的表面产生焊缝缺陷的风险。

在坡口间隙10的端头起弧，焊枪100与待焊接工件200之间的夹角为70°～80°，即焊枪100的工作角度为70°～80°，焊丝伸出长度约为20mm～25mm。焊接采用左焊法，在电弧引燃后不能下压电弧，沿间隙10的坡口侧向根部运行焊枪100，起弧后焊枪100作运条摆动，当电弧运行到坡口间隙10的根部后作小幅度横向摆动，在间隙10的两个坡口侧停留预设时间，在保证焊缝平整性的同时，还有利于坡口两侧边缘熔化，减少产生夹渣等缺陷的风险。

需要特别说明的是，运条是指在正常焊接阶段，焊条或焊丝一般有以下三个基本动作，第一，焊条送进，即沿焊条中心线向熔池送进；第二，焊条向前移动，沿焊接方向移动；第三，横向摆动。根据焊条横向摆动方法的不同，可采用直线往复运条方法、月牙形运条方法、斜圆圈形运条方法、三角形运条方法和锯齿形运条方法等运条方式。

需要特别说明的是，填充层2的数量可以是单层或者双层，可在其中一层填充层2的表面叠加一层填充层2。可以理解的是，位于最上层的填充层2的焊接质量，会直接影响到盖面层3的成型美观情况。

在一个实施例中，填充层2的焊缝和待焊接工件200的表面之间的距离为1mm～1.5mm。采用这种方式，可以减少坡口边缘的棱角。可以理解的是，该预留量可根据盖面层3的焊接参数适宜做出调整，或根据图纸、焊接等级要求以及焊缝的外观质量要求进行调整。

在一个实施例中，在填充层2焊接之后，还包括以下步骤：

盖面层3焊接，在起弧后，将焊枪100沿焊接方向从小口端11匀速推进至大口端12，并将焊丝始终处于熔池前端的1/4位置处，以在填充层2的顶面形成盖面层3。

需要特别说明的是，盖面层3的数量可以是单层或者双层，可在其中一层盖面层3的表面叠加一层填充层2，或者两层盖面层3至少部分重叠，或者两层盖面层3同时设置于位于顶层的填充层2，本实施例对具体形式并不显限定，可以根据实际生产情况进行调整。

在一个实施例中，在盖面层3焊接之前，先将填充层2焊缝表面的焊渣及金属飞溅物清理干净，接头凹凸不平的地方用砂轮打磨平整，此时焊枪100横向摆动幅度不宜过大，否则会出现焊波粗大和咬边现象。

需要特别说明的是，在整个焊接过程中不停弧，通过观察熔池的大小和焊接熔孔的大小，而判定坡口间隙10的大小，通过变化运条方式和焊枪100的角度，解决因间隙10不匀而造成的各种焊接缺陷。

需要特别说明的是，本发明所使用焊机是S500气体保护焊机，采用直流反接方式连接，焊机应保证设备状态良好，具备能够满足焊接使用要求，至少能保证焊接所需的稳定电弧、熔深和小飞溅等特点。在焊接之前，需要保证焊接区域内清洁无污物。焊接的焊接参数是保证焊接质量的主要因素，不仅对焊缝成型起着关键作用，同时对于焊接内部组织结构、晶粒的粗细起到关键作用，焊接前须在试板上对参数进行调试，确保参数的最优匹配。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的非规则间隙平对接焊接方法仅仅是采用本发明的原理的一个示例。本领域的普通技术人员应当清楚地理解，本发明的原理并非仅限于附图中示出或说明书中描述的装置的任何细节或任何部件。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的创造后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和示例实施方式仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的保护范围仅由所附的权利要求来限制。