| 雙面雙弧焊技術(shù)在焊接工字柱上的應(yīng)用
在建筑行業(yè),特別是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)上,使用焊接工字柱作為建筑的主體支撐已日益廣泛.而工字柱的焊接方法有多種選擇,但是對于全滲透焊(FPBW)來講,使用雙面雙弧焊(FCW)工藝,在國內(nèi)仍不多見,我們在這方面做了有益的嘗試.
雙面雙弧焊 (FCW )是近年來發(fā)展起來的工藝 ,我們使用Lincoln公司的自保護(hù)藥芯焊接系統(tǒng) ,成功地將該工藝用在了焊接工字柱的全滲透(FPBW)焊縫上 ,這樣做不僅提高了焊接效率 ,也減小了焊接變形 ,保證了焊接質(zhì)量。
一、問題的提出
Gammon建筑有限公司承建的某大廈項(xiàng)目 ,樓高 127m ,為鋼結(jié)構(gòu)主體的大型建筑。它的主體支柱為焊接工字柱 ,即用幾塊一定規(guī)格尺寸的鋼板組焊而成 ,其剖面結(jié)構(gòu)如圖 1所示。
圖(1) 支柱剖面結(jié)構(gòu)
這些支柱的長度 (L)在 8～11m之間 ,材料級別為 50C (符合BS4360標(biāo)準(zhǔn) ) ,總重量 2800t。工字柱的腹板與翼板的連接為全滲透 (FPBW),焊后對該焊縫做超聲波探傷和磁粉檢測,檢測結(jié)果應(yīng)符合BS4870:Part1(英國標(biāo)準(zhǔn))。在這類焊接
結(jié)構(gòu)中,主要的問題是如何保證技術(shù)要求中所提出的形狀和尺寸精度, 準(zhǔn)確的裝配和嚴(yán)格控制焊接變形成為生產(chǎn)中的關(guān)鍵所在。
二、焊接方案
在以前類似的工程項(xiàng)目中,我們是采用手工焊打底,自保護(hù)藥芯焊絲填充及蓋面的工藝進(jìn)行施工,這種工藝的缺點(diǎn)是工件變形很難控制,甚至發(fā)生工件扭曲現(xiàn)象,而且焊接生產(chǎn)效率較低。為此,我們決定采用雙面雙弧自保護(hù)藥芯焊工藝進(jìn)行打底,
然后在焊縫兩側(cè)同時用兩把藥芯焊槍進(jìn)行填充及蓋面,以提高生產(chǎn)效率,有效地減小工件變形量。
這個方案的難度在于如何保證打底焊的質(zhì)量,我們通過反復(fù)試驗(yàn),較好地解決了這個問題。簡單地講,就是將工仵的焊縫置于水平位置,使用兩把藥芯焊槍從Κ形坡口的兩側(cè)同時進(jìn)行焊接,兩槍間保持一個熔池長度,后面的焊槍利用電弧的爆炸力
將前面的焊接熔渣排出,從而保證了根焊的質(zhì)量。
三、焊接參數(shù)試驗(yàn)
我們使用的藥芯焊絲牌號為Lincoln公司的E81N2,手工定位焊使用的焊條為LB52,它們應(yīng)用于50C材料,焊縫的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足要求。我們需要進(jìn)行的工作是通過試驗(yàn),確定合適的焊接參數(shù),確保焊縫質(zhì)量,使之符合設(shè)計(jì)要求。
(1)焊絲選用￠2.4mm的E81N2自保護(hù)藥芯焊絲,焊機(jī)選用Linco1n公司的直流電源DC-600和LN-9送絲機(jī)系統(tǒng)。
(2)焊接參數(shù) 焊縫坡口形式和尺寸如圖2所示。
圖(2) 焊縫坡口形式和尺寸
通過多次焊接試驗(yàn)并對結(jié)果進(jìn)行檢測,確定了如下的焊接參數(shù),見下表。
根據(jù)以上參數(shù)焊接的試板,其焊縫完全能滿足超聲波探傷及磁粉探傷的要求。
四、產(chǎn)品焊接
1.下料
下料設(shè)備采用六頭火焰數(shù)控切割機(jī),每遇到板邊切下10~15mm板條,以保證每一塊板料的兩側(cè)受熱均勻,可避免板料發(fā)生彎曲變形。 為了消除熱切割坡口對焊接質(zhì)量的影響,我們對腹板上的焊接坡口進(jìn)行了機(jī)械加工, 這樣做也保證了坡口的幾何尺寸。
2.組裝
精確的裝配是一個關(guān)鍵控制點(diǎn),裝配工裝及步驟如圖3所示。
圖(3) 裝配工裝及示意圖
在組裝平臺上,沿工字柱長度方向,每隔600mm設(shè)置定位板并保證這些板裝配面的直線度和水平度。組對工件時,先放工件的腹板,然后將兩側(cè)的翼板放人,再蓋上活動板,用螺栓固定工裝,最后用楔鐵將兩側(cè)翼板固定�？紤]到焊接時焊縫的縱向收縮,將尺寸L放大6mm,即每邊有3mm的間隙。在確認(rèn)腹板與翼板的裝配尺寸符合要求后,進(jìn)行手工定位焊。焊接時要進(jìn)行局部預(yù)
熱,選用LB52、￠3.2mm的焊條。 定位焊道間隔500mm,焊縫長度50mm,要求焊縫單面焊雙面成形,無夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。
在焊縫的兩端加裝引弧板、熄弧板,材料及坡口形式與母材相同。
3.焊接
(1)焊接輔助裝置 為了保證焊接質(zhì)量及控制焊接變形,我們設(shè)計(jì)了一套工裝(見圖4)。將這套工裝安放在軌道上,調(diào)整軌道平行于工件。工裝上的定位桿可保證焊槍與焊縫的距離,而焊槍調(diào)節(jié)桿可調(diào)整焊槍的角度,焊接速度由無級調(diào)速的自行小車來保證,焊接電流、電壓在送絲小車的面板上調(diào)節(jié)。
圖（ 4）焊接工裝
1.藥芯焊槍 2.焊槍托架 3.焊槍調(diào)節(jié)桿 4.活動支架 5.定位扦 6.自行小車
7.固定支架 8.鉸鏈 9.調(diào)節(jié)彈簧 10.軌道 11.工件 12.壓輪
通過這套簡易工裝的使用,藥芯焊接系統(tǒng)由手工操作的半自動改為全自動操作,使焊接質(zhì)量更趨于穩(wěn)定;在工件的中性軸兩側(cè)同時施焊,也避免了工件出現(xiàn)受熱不勻而發(fā)生扭曲變形的情況。
(2)預(yù)熱及層間溫度 為了防止產(chǎn)生焊接裂紋,根據(jù)BS5135的要求。對工件采取預(yù)熱措施,預(yù)熱最低溫度為100℃ 。用PLG
烤槍加熱。焊接時最大層間溫度為250℃。
(3)焊接順序 焊接時,需要控制的主要變形是翼板的角變形和工仵的撓曲變形。因?yàn)槭莾砂褬屧诤缚p兩側(cè)同時施焊,且參效相同,從而有效地避免了工件的扭曲變形。
為了預(yù)防工件焊后的上拱。施焊時,我們每焊完一道,都要將工件沿中性軸旋轉(zhuǎn)180°來焊對稱的焊道,使工件受熱均勻。減小了工件的撓曲變形。
施焊時,要注意的是將所有焊縫的打底焊結(jié)束后,再開始填充焊接,最后進(jìn)行蓋面焊。因?yàn)檎_的焊接順序,對保證工件的幾何尺寸,控制焊接變形有著重要意義。
(4)打底焊道 起弧前,先調(diào)校自行小車的行走速度達(dá)到工藝要求。K形坡口兩側(cè)的焊槍也應(yīng)調(diào)整好角度,兩槍一前一后排列,距離約8mm,同時起弧,自行小車開始起動。在各種參數(shù)確定后,藥芯焊絲連續(xù)穩(wěn)定地向熔池送進(jìn),并使兩熔池保持6~8mm的距離,就成為打底焊接的關(guān)鍵所在。焊接操作員一定要保證送絲系統(tǒng)不受外界干擾,同時應(yīng)通過焊工面罩觀察熔池的變化。為了保證打底焊接質(zhì)量,我們要求打底焊道一次施焊完畢,不允許中間停頓。
(5)填充及蓋面焊 在這一過程里,所有焊接操作應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝,每層焊道的施焊角度及焊嘴高度要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,以保證焊縫成形良好。注意每一道焊接結(jié)束,用風(fēng)鏟將焊渣清理干凈,確保無咬邊、氣孔、未熔合等缺陷。
五、焊后處理
(1)焊后保溫 焊后立即用保溫棉將整個工件包起,保溫緩冷。
(2)振動消應(yīng)力 由于受工件長度的限制,不能用退火爐來消除焊接應(yīng)力,所以我們選取了振動時效消應(yīng)力工藝來降低工件的殘余應(yīng)力。振動時效設(shè)備為VA全自動振動消除應(yīng)力專家系統(tǒng),該系統(tǒng)可自動尋找共振峰值,在振動的同時繪制幅頻曲線
和時間--加速度曲線,以便測定振動效果。
從振動后的記錄曲線看,工件振后的共振峰值升高,時間曲線下降,這些都是振動時效后,工件殘余應(yīng)力下降的標(biāo)志。
六、焊后檢驗(yàn)
(1)外觀檢查 工件焊縫外觀無咬邊、弧坑、焊瘤、氣孔等缺陷。
(2)超聲波檢查(UT) 用45°、60°斜探頭及90°直探頭對焊縫進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部缺陷。
(3)磁粉探傷(MT) 經(jīng)磁粉探傷檢查,焊縫表面未發(fā)現(xiàn)缺陷。
七、結(jié)束語
(1)對于全滲透(FPBW)型的焊縫,采用雙面雙弧藥芯焊方法,配合有效的焊接工藝參數(shù),可以保證焊接質(zhì)量。
(2)在類似工字柱結(jié)構(gòu)的焊縫兩側(cè)同時施焊,可以保證翼板受熱均勻,不致引起工件的扭曲變形,焊后不需矯正,就可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求,保證了上、下柱在安裝中的全截面接觸。
(3)工件雙面施焊工藝也大大提高了焊接生產(chǎn)率,通過簡易的焊接輔助裝置,更降低了工人的勞動強(qiáng)度,保證了焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。另外,自保護(hù)藥芯焊的焊接速度要高于焊條電弧焊,這也降低了工件的焊接變形。
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