气电垂直自动焊工艺及装备

时间：2024-11-05 百科知识版权反馈

【摘要】：熔池上部受到纯CO2气体及熔渣的保护，熔池与陶瓷衬垫相接触的一面，由于陶瓷衬垫表面与熔池紧密贴合，防止了外界气体的进入。气电垂直自动焊接工艺适用于船舶普通低碳钢、σs≤600MPa以下的低合金钢。随着船舶结构的大型化及厚板的增加，上海船舶工艺研究所又成功研制了一种新颖的超厚板双丝垂直气电自动焊机，采用了双丝单熔池CO2气保护焊及与之配套的焊接新工艺。

9.8.9　气电垂直自动焊工艺及装备

9.8.9.1　气电垂直自动焊的原理

气电垂直自动焊接技术近年来已是我国船厂实现提高焊接效率、缩短船台（船坞）周期，提高焊接质量的一种高效焊接工艺及装备，已广泛地应用在船台（船坞）大接头中厚板材垂直位置的自动焊。该方法的原理如图9.8－26所示。

图9.8－26　气电垂直自动焊原理图

焊接前，在焊缝的反面安装固定的陶瓷衬垫，焊缝正面安装一块可以向上移动的水冷铜滑块。焊接时药芯焊丝（专用的）与母材产生电弧，两者被电弧热熔化形成熔池。熔池被限制在两块衬垫及未熔化的母材之间。熔池上部受到纯CO₂气体及熔渣的保护，熔池与陶瓷衬垫相接触的一面，由于陶瓷衬垫表面与熔池紧密贴合，防止了外界气体的进入。另外，药芯焊丝熔化后有一部分熔渣渗入熔池与水冷铜滑块之间，对熔池形成保护。熔池的下部被水冷铜滑块冷却凝固成固体金属焊缝。由于自动控制的作用，熔池与滑块不断上升，熔池下部的液体金属不断地凝固，从而形成一条连续的焊缝。该焊机操作简便，焊机轻便仅12kg、焊接质量优良、生产效率比手工电弧焊提高10倍以上。单丝焊适用于板厚9～32mm的焊接。

9.8.9.2　焊接材料与设备

1）焊接材料

气电垂直自动焊的焊接材料是专用的药芯焊丝，目前，我国船厂大都选用日本神户制钢所生产的DWS－43G型药芯焊丝。

该焊丝经使用证明焊接时，电弧稳定、飞溅小、气渣保护良好、焊缝质量均匀稳定，是质量优良的专用药芯焊丝，虽然我国一些焊材制造厂也在积极开发和研制生产这类专用药芯焊丝，但尚未突破该焊丝的工艺性能。

在焊缝反面是选用KL－4GT型陶瓷衬垫，该衬垫的外形尺寸为600mm×50mm×10mm，其横剖面如图9.8－27所示。在衬垫的表面覆盖一层玻璃布，可使衬垫与钢材紧密相贴，防止跑渣。在衬垫的背面有一块钢板，便于在装配衬垫时，用钢楔子将衬垫与钢板压紧，而不使陶瓷衬垫破碎。目前，国内已有同类产品可以替代了。

图9.8－27　KL－4GT衬垫横截面图

2）焊接设备

（1）焊接机头。焊接机头装置由磁力爬行轨道及焊接机头两大部分组成。磁力轨道用铝合金制成，每根长2.4m，重约15kg。轨道上有齿条及永久磁铁，其横截面如图9.8－28所示。

图9.8－28　磁力轨道横截面形状图

焊接前，将它吸附在焊缝右侧，与焊缝并行。然后，将焊接机头套装到轨道上，机头上的齿轮与轨道上的齿条啮合，可使机头沿轨道上下升降。焊接机头上附有焊枪的固定与摆动装置，在焊接时可以使焊丝在焊缝的前后方向进行摆动。还有可以调节焊接电流、电压及焊接速度的控制箱。机头与外部设备的连接如图9.8－29所示。

图9.8－29　气电垂直自动焊机头与外部设备连接图

（2）焊接电源。大多采用日本OTC公司生产的XD600GCO₂焊机中的电源，配合国产的CZH垂直自动焊机，为使CZH垂直焊机能对焊接电源进行遥控配置了一个控制箱。

（3）循环冷却水箱。由于焊机中的焊枪和滑块需要水冷却，所以在该设备中还需要配置循环冷却水装置，其型号为LQSX400－3P，其扬程可达50m。输出压力20～60N/cm²，流量为11L/min，水箱容量为32L，该装置还具有在焊接时如水流受阻时焊接电源会自动关断的功能。

9.8.9.3　焊接工艺

气电垂直自动焊接工艺适用于船舶普通低碳钢、σ_s≤600MPa以下的低合金钢。钢板厚度在9～25mm范围，焊接位置可以是左右倾斜在60°～90°范围内，焊缝前后倾斜角在45°～90°范围内。

本工艺采用V形坡口，不同厚度钢板其坡口尺寸，如表9.8－10所示。

表9.8－10　坡口尺寸

焊缝的装配间隙对焊接过程的稳定及成形情况有很大影响，最小间隙不得小于2mm，最大间隙不得大于10mm，最好控制在5～8mm范围。为了保证衬垫贴紧钢板，在焊接过程中不漏渣，要求两块钢板错边高度不超过1.5mm。由于施焊是在露天船台（船坞）上进行，因此，要求周围气温不低于－5℃、风速要小于3m/s。在大风及雨雪天气，需要采用可靠的防风雨装置。

在焊接过程中要准确选用焊接规范参数，不同厚度钢板的焊接参数如表9.8－11所示。

表9.8－11　气电立焊（对接）焊接规范

本规范使用DWS－43G，直径1.6mm焊丝；CO₂气流量25L/min；焊丝伸出长度28～32mm，KL－4GT衬垫。

随着船舶结构的大型化及厚板的增加，上海船舶工艺研究所又成功研制了一种新颖的超厚板双丝垂直气电自动焊机，采用了双丝单熔池CO₂气保护焊及与之配套的焊接新工艺。该工艺的特点是靠近衬垫侧的电极不摆动，表面侧电极摆动。焊接时只需要垂直对接焊缝坡口，反面贴上陶瓷衬垫，正面由水冷滑块进行强迫成形，可单面焊接双面成形一次焊接完成板厚70mm以下的船板。双丝垂直气电自动焊机的成套设备连接如图9.8－30所示。