箱形梁（柱）内隔板熔嘴电渣焊工艺参数优化设计资料.doc

箱形梁（柱）内隔板熔嘴电渣焊工艺参数优化设计资料.doc 箱形梁(柱)内隔板熔嘴电渣焊工艺参数优化设计 [摘要] 本文通过对内隔板等关键部件进行铣边加工,控制几何尺寸和加工精度;对封闭箱形截面构件的翼缘板与内隔板,运用熔嘴电渣焊技术进行焊接;通过焊接熔透性工艺试验,优化焊接工艺参数,选择合适挡板,隔板厚度和组装间隙,确保了焊接质量和生产效率的提高: [关键词] 箱形截面构件;内隔板;间隙;熔嘴电渣焊;工艺参数优化 1 引 言 2009年,公司承接了新乡商会大厦工程建设项目,大厦工程用钢板材质全部为Q345B,钢框架箱形结构柱构件共680根,其中,柱壁板设计厚度为30mm,28mm,25mm,22mm,20mm,18mm,16mm的规格基本均分,内隔板设计厚度与平台梁的翼缘板等厚度(内隔板厚度不得小于此厚度),电渣焊口共计7648个:在箱形截面构件制作方面,内隔板熔嘴电渣焊关键部位制作方法和尺寸以及焊接工艺参数, 文献资料报导较少:现结合新乡商会大厦工程,对箱形构件制作工艺进行改进和焊接工艺试验,优化工艺流程和焊接参数,以满足工程建设的质量和进度要求: 2 熔嘴电渣焊原理概述 熔嘴电渣焊是一种利用电流通过导电的液体熔渣所产生的电阻热作为热源使金属熔化的熔焊方法,是电渣焊的一种:该方法适合焊接较厚的工件,只要求工件边缘保持一定的装配间隙,不需要开坡口,就能一次成形, 生产效率高,金属熔池的凝固速率低, 熔池中的气体以及杂质容易浮出进入熔渣中,不易产生气孔和夹渣等缺陷, 因此也较适用于钢结构箱形梁(柱)内隔板部位焊口的焊接:内隔板的接口型式如图1所示,它利用焊丝和固定在工件间隙中并与工件绝缘的熔化嘴共同作为熔化电极:当焊接启动后,焊丝与引弧板接触产生电弧,利用电弧的热量使助焊剂熔化并形成液态熔渣,熔池达到一定深度时降低焊接电压并增加焊丝送进速度,这样会使焊丝插入渣池熄灭电弧而转入电渣焊过程: 高温熔渣具有一定的导电性,电流通过时在渣池内产生大量的电阻热, 使焊丝,熔嘴,挡板,内隔板和工件边缘熔化,熔化的金属沉积到渣池下面形成金属熔池,随着焊丝金属向金属熔池的过渡,金属熔池不断上升,底部的金属冷却凝固形成焊缝: 3 箱形梁(柱)优化后的制作工艺流程 大厦建筑质量目标是要拿鲁班奖, 制作过程质量严格控制,工期紧,任务重,没有合适的工艺和高效的生产率是不能按期完成的:针对此情况对工艺流程进行了改进优化,取消在隔板组立机上组装隔板工序,变为地胎组装,为保证熔嘴电渣焊接质量和生产效率,采用隔板周边预留2mm加工余量,组焊好后由箱形线上的端面铣床进行加工(目前还未见报导用端面铣床加工隔板的资料),确保了隔板垂直度和平行度,使组装质量显著提高,间隙控制达到了1mm以下,在整个工程电渣焊施焊过程中没出现一例漏渣现象: 电渣焊道的制孔问题做了多种尝试,查阅了相关资料,包括焊孔怎样制,什么时间制,孔径制多大都进行了试验:首先是在箱形梁(柱)组装成U形后的翼缘板上划出焊道中心线,待箱形四条主焊缝CO2打底焊后再划出焊道中心,用摇臂钻制孔,孔中心位置在腹板坡口上,一是钻孔中心在斜坡母材,一是CO2焊接后的熔敷金属和母材硬度不一,启钻困难:第二是把制孔放在切割好腹板后,在条板上划线 钻孔,由于孔径中心偏离腹板边沿,偏钻造成损坏钻头:第三还尝试了用钻模定位等方法都不能满足生产要求:最后摸索出在U 形组装好后用气割的方式进行切割制孔,可以省去划线定位,钻床等工装夹具且工位灵活,效率高,优化后的箱形梁(柱)制作工艺流程见图2所示 影响箱形构件内隔板与壁板熔嘴电渣焊接质量的关键,一个是焊接参数与焊接技术;另一个是箱形构件壁板,内隔板,挡板的加工精度和三者相互装配的间隙质量:如切割加工装配不按工艺要求做和装配前不进行矫正校平,组立后就很难保证接触面不产生过大间隙,当装配间隙>1mm时,就会在电渣焊接时导致漏渣,造成焊接过程中断,箱形构件装配时常出现的缺陷如图3所示: 4 熔嘴电渣焊接技术 4.1 挡板,隔板切割和坡口加工 采用数控切割进行切割下料,切割后清理挂渣,同时对挡板,隔板进行检查,检查项目如下: 4.1.1 挡板,隔板尺寸是否与详图相符合: 4.1.2 隔板的坡口角度,加工余量,平行度,垂直度是否在公差要求范围之内: 4.1.3 挡板,隔板是否弯曲,对其进行调直矫平处理: 4.2 隔板组装 4.2.1 在地胎上进行隔板与挡板装配, 见图4所示:隔板组立也进行了多次优化,起初按传统工艺在隔板组立机上进行组装,需要液压夹紧,电动翻转,天车吊装,动作多,时间长,效率低:也进行了多次改进尝试:第一次改进是甩开隔板组立机,采用人工地胎水平组装,省去了组立机的夹紧,翻转,天车吊装等工序,但在焊好一侧 挡板后还需翻身一次才能完成整个隔板的组焊:第二次优化改进是将地胎水平组装改为地胎立式组装,不用翻身,不用天车一个人即可完成组装和定位焊接,这样不但省去了设备而且提高工效2倍以上:组立好的隔板在箱形线端面铣床上进行铣削加工(周边各预留2mm的余量),允许偏差如下: B为两翼板间的距离:0~+1mm: L为两腹板间的距离:0~+1mm: B1为隔板实际宽度:-2~0mm: L1为隔板实际长度:-1~+1mm: C为隔板与腹板间隙:5~6mm: 隔板对角线允许偏差:|Y1~Y2|<1.5mm: 当壁板厚度<20mm时,B1=B-44mm: 4.2.2 不同的隔板厚度配用的挡板尺寸(-厚×宽): 壁板厚度30mm,22mm,25mm,28mm时:-25mm×60mm: 壁板厚度20mm,18mm,16mm 时:-20mm×55mm: 4.2.3 隔板上装衬板及点固焊方法:在加工好的隔板L垂直方向的两端即坡口处组装衬板,每侧允许比挡板小1.5~0mm,不得超出挡板;点固焊缝长?20mm,保证有足够的强度,点固焊间距?20mm,每边不少于3处,如图5所示: 4.3 箱形组立 4.3.1 U形组立:在下翼板上划出隔板,构造隔板,若有栓钉划出栓钉位置线;装焊隔板,构造隔板和焊接栓钉:隔板上的挡板端面与下翼板接触面的间隙缝?1mm:装焊后用塞尺对间隙进行检查,质检人员确认合格后再装两边腹板: 4.3.2 电渣焊孔的制备:在装上腹板后,在腹板上用气割方法沿隔板从里向外,先割隔板边再割挡板边的腹板, 割口呈微型喇叭形状即外大里小,外口>内口2~3mm,并清理挂渣,熔渣和氧化物: 4.3.3 装配上翼板:上翼板需要焊接栓钉时先划出其位置线再焊接栓钉:在装上翼板前,应仔细检查所有与上翼板接触的挡板,构造隔板上端面,以及主焊缝全熔透的衬板端面是否平整:检查构造隔板,挡板端面上是否有焊疤,焊痘等,若有需进行磨除:在装配上翼板时,重点对电渣焊接触部位进行压紧,周围加固点焊,确保装配上翼板后的电渣焊孔质量: 5 焊接材料和焊接设备 母材材质:Q345B,板厚:δ= 16~30mm: 焊丝:牌号为H08MnA;直径为φ2.5mm,φ3.2 mm: 熔嘴:材质为20#钢,φ10mm,φ8mm: 焊剂:HJ431,化学成分(%):SiO2 40 ~44,Al2O3?4,MnO3 4~38,CaO ?5.5, MgO 5~7.5,CaF2 3~4,FeO?1.5, S,P?0.08: 焊接设备:LINCOLN DC-600专用电渣焊机,直流反接: 6 熔嘴电渣焊操作技术 6.1 作业条件 6.1.1 当环境温度<0 ?,相对湿度? 90%,网络电压严重波动时不得施焊: 6.1.2 焊接区应保持干燥,不得有油,锈和其它污物: 6.1.3 熔嘴电渣焊焊剂在施焊前应按产品说明书规定的时间,温度进行烘焙,不得含灰尘,铁屑和其它杂物:烘干温度一般为250?,2h: 6.1.4 熔嘴受潮,生锈或沾有污物时不得使用: 6.1.5 熔嘴不应有明显的锈蚀和弯曲, 使用前温度为250?,1h烘干,在80?左右存放待用: 6.1.6 焊丝的盘绕应整齐紧密,没有碎弯,锈蚀和油污,焊丝盘上的焊丝量最少不得少于一条焊缝所需焊丝量: 6.1.7 焊机的各部位均应处于正常工作状态: 6.1.8 焊机的电流 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ,电压表和调节旋钮刻度指数的指示正确性和偏差数要清楚明确: 6.1.9 保证电源的供应和稳定性,避免焊接中途断电和网压波动过大: 6.1.10 施焊前,焊工应检查复核接头质量和焊接区域的焊口,间隙等处理情况,若有不符合要求的情况时,应修整合格后方可施焊: 6.2 焊接操作步骤 6.2.1 所焊构件(箱形梁/柱工件)应水平放置,使熔嘴的夹头与构件焊口保持平面垂直,安装熄弧块,将熔嘴插入待焊焊口内,调节熔嘴使其处于焊口的中心并接触到引弧块,再将熔嘴提起20~30mm,拧紧熔嘴夹头: 6.2.2 在构件底部焊口处安装引弧块, 用千斤顶顶紧与构件密合,以防止起焊时跑渣漏铁水,影响正常的启动焊接: 6.2.3 从熔嘴孔内插入焊丝送入底部与引弧块相接触,焊丝再提起10~15 mm:拧紧送丝轮和调直轮,最后检查焊机各部位是否处于正常状态: 6.2.4 加入少量引弧剂(碎丝头)和少量焊剂(HJ431): 6.2.5 各种接头型式的熔嘴电渣焊焊接参数见附表: 隔板与壁板间隙尺寸大小将直接影响电极的正常工作和所形成的熔池面积:间隙小易引起熔合不良等缺陷, 间隙过大,使焊丝,焊剂的消耗过大,效率降低:因此,组对间隙的制备是保证电渣焊质量的关键,电渣焊的间隙制备及装配尺寸精度应严格按工艺执行: 6.2.6 引弧时应采用较高电压短路(为焊丝接触工件)引弧(方便引弧,比正常电压高3~5V):引弧后,刚开始送丝速度要慢些,即电流小些,以便造渣,这时是弧焊过程,电流波动较大,随着焊剂的熔化,形成有一定深度的熔化渣池,温度逐渐升高,这时电流应适当大些,电弧开始消失而转入电渣焊接过程,电流和电压逐渐趋于稳定,随着电渣过程的稳定,可将电流和电压调至附表所示数值,进入正常电渣焊过程: 6.2.7 施焊过程中要密切注意焊机控制箱上电流和电压的变化,根据情况随时调节,并注意熔嘴始终保持在焊口的中心,保证渣池的温度和熔池的形状及深度正常,才能保证焊接质量: 6.2.8 焊接过程中随时检查构件表面的炽热状态,一般在800~850?(樱红色)以上时熔合良好: 6.2.9 熄弧收尾时,应当减小焊接电压,并断续送丝,将焊缝引到熄弧块上收尾,才能结束焊接: 6.3 焊接过程中断弧的对策 熔嘴电渣焊在正常焊接过程中,一般不会出现断弧现象,如果出现有两种情况,一种是焊前可预防的,而另一种是焊接过程中随时会发生的: 6.3.1 如果焊前未严格检查电渣焊口装配质量,也就是未执行本文4.1,4.2 和4.3节的规定,则会出现断弧现象:预防措施:严格执行加工精度和装配质量要求: 6.3.2 因导电嘴堵塞致使断弧,焊剂填加过量渣液上升掩盖住导电嘴致使熄弧:当发生熄弧后应先迅速关闭焊接电源,同时提起熔嘴,以最快的速度将已损坏的熔嘴换下并换上新的熔嘴,将焊丝送入熔嘴孔内并立即引弧:此过程越短越好,因熔池渣液尚未冷却,引弧容易,否则再引弧可能失败: 7 注意事项 7.1 为保证电渣焊过程稳定和焊接质量,应使安装和设备调整,引弧造渣,正常焊接及焊缝收尾等五个关键环节连续完成,中间尽量连续不要中断: 7.2 熔嘴长度=焊口长度+(150~200)mm: 7.3 施焊中要注意检查熔池熔化是否充分,渣量与深度是否合适:渣池太深,会导致熔宽面减小,造成渣池温度下降,易使焊接边缘加热不足,而产生未熔合或熔合不良等缺陷;渣池太浅,即使焊接电流增大,电渣焊过程也不稳定,焊丝容易接触到金属熔池发生短路,使飞溅加大,导致焊接中断:因此,渣池深度十分重要,渣池深度 控制在30~40mm为宜:当需要添加焊剂时,要防止一次加入量太大, 要徐徐不断,少量加入:如一次加入量太多,也易造成焊缝熔合不良等缺陷: 7.4 电渣焊热量主要取决于电流,如电流过大,熔池沸腾严重,焊缝成形不好,易造成熔合不良等缺陷;而电流小,电渣过程也不稳定,容易产生未熔合,夹渣等缺陷:引弧后,始焊时焊接电流应相对小些,然后逐渐加大到正常值:调整时要缓慢调整,循序渐进,不可陡调: 7.5 电渣焊是一种电阻性负载,一般来说,焊接电压高低直接影响焊缝的熔宽(就电渣焊而言即指熔池与渣池的面积),电压越高,熔宽越大,反之越小:因此,起焊时焊接电压应比正常焊接电压要稍高一些,一般高3~ 5V为宜: 7.6 需特别指出的是焊前一定要按箱形梁(柱)的实际焊接型式作好焊接工艺试验,评定,经检验合格后方可正式焊接: 8 结束语 经调整和优化箱形截面构件制作工艺和熔嘴电渣焊工艺参数,控制焊接热输入量,提高隔板,挡板加工装配精度,通过大厦680根壁板厚度为30mm,28mm,25mm,22mm,20mm,18mm,16mm箱形梁(柱)的7648个焊口制作焊接,经超声波(UT)探伤检验一次合格率为98%,经取样宏观金相检验,焊缝形状呈椭圆形,轮廓清晰,熔合良好,经冷弯试验无裂纹,合格:满足建筑钢结构箱形梁(柱)结构横隔板部位焊缝焊接的设计要求,提高了焊接生产效率: 参考文献 [1] 沈世瑶.焊接方法及设备(试用教材),第二分册, 电渣焊与特种焊. 北京: 机械工业出版社,1983. 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