罐壁纵缝焊接中气电立焊的应用

气电立焊在罐壁纵缝焊接中的应用近年来，随着油罐的大型化发展，焊接技术也随着飞速发展，气电立焊技术的应用也越来越广泛，其施工技术也逐步得到完善。我公司在**港***建造的四台50000m3及六台100000m3外浮顶油罐壁板立缝焊接就采用了气电立焊技术，取得了良好的社会效益和济济效益。气电立焊技术经济指标：气电立焊操作机主要由操作车、焊接小车及轨道、焊枪摆动器、送丝系统、控制系统、循环冷却水系统、保护气供气系统、焊接电源八个部分组成；可焊罐直径大于5m，可焊板宽1200-2400mm，可焊接板厚8-56mm；轨道每根长度2600mm（轨道可加长），轨道高度110mm，轨道面宽度105mm，轨道支座的宽度220mm，轨道安装位置为离坡口右边缘距离200mm；焊枪摆动具有前、后停留时间，摆幅，摆速4个独立调节参数；操作车外形尺寸为1800*2000*4400mm；操作车重量为1200Kg；气电立焊焊缝对8-30mm厚钢板开X型坡口双面焊，对30-56mm厚钢板开V型坡口单面焊；坡口宽度为17mm，单面焊和双面焊一样，不随钢板厚度而改变；坡口角度随钢板厚度不同而变化，其角度可根据板厚计算；焊缝组对间隙为5mm，不留钝边；焊丝杆伸长出厂设置为40mm；焊丝采用H08Mn2SiA焊丝，直径为Ф1.6；焊接电流为350-420A，电弧电压为37-43V；焊接效率为手弧焊的30多倍。气电立焊是近年来发展起来的一种高效率、高质量的焊接方法，气电立焊是CO2气体保护电弧焊的一种特殊形式，一般采用药芯焊丝外加CO2气体保护，强制成形，来实现立焊位置的焊接。气电立焊焊接垂直或接近于垂直位置的焊接接头。焊接时，焊缝的正面用铜滑块，背面用铜挡块，药芯焊丝送入焊件和铜挡块形成的凹槽中，熔池四周受到约束，熔化的焊丝和母材不断的汇流到电弧下面的熔池中，堆积迭加，熔池不断水平上移，凝固成焊缝金属，焊缝获得水冷强制一次成形。特别指出的是气电立焊一旦开始就应连续焊完，中途不许断弧。厚板焊接时，为均匀分布热量和熔敷焊缝金属，焊丝可沿板厚方向作横向摆动，也可实行双面焊。一操作机的组成和主要技术参数1、主要技术性能参数气电立焊操作机根据工作环境不同配备不同类型的操作车，下面主要介绍沈阳大学生产的CLH-Ⅱ型气电立焊操作机，它主要适用于油罐等中、大直径罐体，高空作业环境。1）可焊接板厚单面焊：8-30mm双面焊：30-56mm2）可焊板宽：1200-2400mm3）焊接位置：立缝4）焊接成形方式：水冷强制一次成形5）轨道参数：每根长度2600mm（轨道可加长）轨道高度110mm轨道面宽度105mm轨道支座的宽度220mm轨道安装位置为离坡口右边缘距离200mm6）焊枪调整自由度：5个7）可焊罐直径：大于5m8）焊枪摆动：前后停留时间，摆幅，摆速4个独立调节参数9）操作车外形尺寸：1800*2000*4400mm10）操作车重量：1200Kg2、操作机的组成气电立焊操作机主要由八个部分组成：操作车、焊接小车及轨道、焊枪摆动器、送丝系统、控制系统、循环冷却水系统、保护气供气系统、焊接电源。如图1-1所示。图1—1横焊操作机的组成操作车骑挂在罐壁上，电动沿罐壁行走，它具有焊接操作室，所有焊接操作全在操作车内完成，既安全，又方便快捷。操作车安装有防风门，可在5级以下正常焊接。焊接小车由小车车体、调整机构、操作盒组成。小车车体驱动电机采用全封闭式，输出齿轮同轨道上的齿条啮合，小车采用8轮结构在轨道上滚动，行走轮能伸缩，小车可在轨道的中间位置安装和拆卸，方便快捷。轨道采用铝合金制成，镶嵌齿条，轨道支座采用电磁铁和永磁铁组合方式吸附固定，具有承载能力强，方便安装和拆卸等突出优点，并保证焊接小车在轨道上安全运行。焊接小车车体带有离合器，打开离合器可手工在轨道上移动小车。焊接小车上携带操作盒，一切焊接操作均在操作盒上完成，焊接过程中可方便地调节焊接规范。焊接小车带有调节灵便的焊枪调整机构和滑块调整机构，焊枪调节有5个自由度，能够很方便的调节焊枪的位置和角度，焊接小车调整机构参数见表混凝土1-1。表混凝土1-1焊接小车调整机构参数序号内容调节参数备注1焊枪上下调整0-20mm手柄逆时针焊枪下下2焊枪前后调整0-50mm手柄顺时针焊枪进进3焊枪左右调整0-80mm手柄顺时针焊枪右右进4焊枪上下角调整0-200焊接时不可调节5焊枪水平角调整0-90mm焊接时不可调节6焊接小车速度调整整自动：空载20000mm/mmin焊接自动控制7滑块左右向调整0-80mm8滑块前后向调整0-40mm9滑块水平角度调整整0-18001）焊枪摆动器焊枪摆动器由摆动机械部分和自动控制部分组成。焊枪摆动机械部分由传动机构及夹具等组成，携带焊枪作往复直线运动，实现焊接摆动。焊枪摆动的自动控制部分由控制电源、计算机控制系统等组成，控制焊枪摆动的参数有四个：左停留时间、右停留时间、摆幅、摆动速度，其摆动参数与调节范围见表混凝土1—2。表混凝土1-2摆动器参数与调节范围序号摆动器参数调节范围主要用途1摆动速度0-1000mm//min与焊接速度匹配，以以获得美观的的焊缝成形2前停留时间0-4s控制焊缝前边缘焊焊肉的熔合性性及填充量3后停留时间0-4s控制焊缝后边缘焊焊肉的熔合性性及填充量4摆动幅度4-40mm控制焊缝的宽度5摆动中心0-40mm机械调节焊枪与焊焊缝的位置2）送丝系统送丝系统包括送丝机构和焊枪。气电立焊送丝机构采用推丝式，送丝速度是普通CO2焊的10多倍，本机配备了适合于气电立焊使用的专用送丝机和送丝电源，能够高速、可靠、稳定的送进焊丝；送丝管采用柔性好的不锈钢丝弹簧管，光滑阻力小；送丝机压轮压力大小对送丝稳定性影响很大，压力小，焊丝易打滑，压力大，易压偏焊丝，造成送丝中断，压力适中是以观察焊丝不打滑为准。焊枪采用水冷方式，进水管采用水冷电缆。3）控制系统控制系统主要完成焊接的程序控制、送丝控制、小车行走控制、自动送气等，由控制箱和操作盒组成。4）循环冷却水系统循环冷却水系统主要由循环水箱和挡块组成，循环水箱是一套独立封闭的水路系统，单独供电，冷却水采用风冷，流量计指示水的流量，调整水的流量可控制冷却效果。焊机采用两台冷却水箱，一台给焊缝正面的滑块供水冷却，一台给焊缝背面的挡块供水冷却。5）保护气供气系统采用特殊的送气方式，将“气罩”装在冷却滑块上，气体从气罩中直接喷出，均匀覆盖在电弧和焊接熔池上，对焊丝、焊接电弧和熔池进行保护。保护气采用普通的CO2气体，为保证焊接质量，气体纯度应大于99.8%。操作盒上带有检气按钮，用于检查气流量大小，气流量由流量表调节，焊接时自动供气。6）焊接电源焊接电源采用平特性电源，直流反接，电源稳定输出的电压在600A以上，且100%负载持续率。操作机推荐配套电源是奥特DC-600电源。二工艺流程及操作要点工艺流程见图施工准备施工准备焊缝坡口清理焊接小车安装安装焊丝焊枪摆动器安装自动焊机安装接电源线和控制线焊接防变形板焊接熄弧板轨道安装水冷系统安装焊枪调整送保护气焊接、调整停机拆除熄弧板拆除自动焊机焊接结束图混凝土2-1工艺流程图三焊接工艺及操作要点1、焊接工艺1）焊接方法储罐立缝焊接时，一般采用两台自动立焊机对称分布（分布图见混凝土3—1）、同向施焊，焊接时先焊外侧，焊接完毕进行清根、打磨、磁粉探伤，检查合格后再焊内侧。立缝焊接前在壁板上端加熄弧板（如混凝土3—2），立焊起弧处加引弧板。第一圈壁板纵缝下端约300mm用手工电弧焊焊接；其余为自动焊（气电立焊）。焊缝引弧处，在焊接完毕后应清除掉，经磁粉探伤检查合格后，用手工焊接，焊后应按规定进行射线探伤检查。图混凝土3-1自动焊机布置示意图图混凝土3-2立缝熄弧板示意图2、焊接工艺参数气电立焊所焊焊缝位置垂直或接近于垂直方向，电弧轴线方向和焊缝熔深方向成直角，其焊接特点与平焊不一样，焊接工艺参数和焊接坡口与手弧焊差别也很大。1）坡口尺寸及对口间隙气电立焊焊缝对8-30mm厚钢板开X型坡口双面焊，对30-56mm厚钢板开V型坡口单面焊；坡口宽度为17mm，单面焊和双面焊一样，不随钢板厚度而改变；坡口角度随钢板厚度不同而变化，其角度可根据板厚计算；焊缝组对间隙为5mm，不留钝边。2）焊丝杆伸长出厂设置为40mm。3）焊丝：采用H08Mn2SiA焊丝，焊丝直径为Ф1.6。4）焊接电流、电弧电压及保护气流量见表混凝土3—1。表混凝土3－1焊接工艺参数板厚（mm）坡口形式焊接工艺参数焊接电流（A）电弧电压（V）线能量（KJ/CCm）CO2气量（L//min）12V型360-37037-3835.93016V型370-38038-3953.83020V型390-40039-4057.23024V型400-41042-4397.83032X型正面390-400反面400-41042-4397.83040X型正面400-410反面410-42042-4397.8303、焊接操作要点1)操作机的安装(1)焊接小车安装焊接小车走行机构由8轮构成,调节小车左边两组轮于最外位置,从轨道任意处把小车套在轨道上,再调节左边两个滚轮至合适位置固定,应使小车在轨道上行走最为轻松为宜.焊接小车带有离合器,离合器带自动复位.离合器手柄向外扳时,离合器脱离,小车可以手动行走(注意:此时要用手托住小车,避免脱落)；离合器手柄复位时，离合器啮合，为自动行车状态。为防止小车意外，离合器手柄带有锁紧装置。（2）焊枪摆动器安装摆动器是独立附件，用时安装，不用时可拆卸下来。摆动器用五芯电缆和小车连接。安装时，首先通过连接板将摆动器固定在小车上；将焊枪的电缆和冷却水管捆成一束，固定在小车上，以避免给摆动器造成过大的附加载荷；将摆动器上的开关扳至“ON”位置，使摆动器工作起来；摆幅调整只需旋转摆动器的手轮，顺时针旋转摆幅增大，反之减小；调节操作盒可调节摆动速度及前、后停留时间参数（注意：断电情况下，不能调节摆幅等摆动参数）。（3）操作机安装和接线采用25t汽车吊将操作机吊装悬挂在罐壁上（如图混凝土3－3）。图混凝土3－3自动焊操作机吊装图将奥特DC-600焊接电源置于罐外；将焊接地线连接在罐壁上，用螺栓固定好，要求导电一定要好；连接焊接电缆、控制线和电源线，必须将各电缆线一端固定在焊机上，另一端固定在大车车顶上，以免行车时损坏电缆；接控制箱线，检查控制箱、操作盒各开关是否处于正确位置，确认无误后，打开电源开关，电源指示灯亮。（4）将焊丝盘牢固固定在支架上，安装焊丝；导电咀磨损过量时，必须及时更换以免导电不可靠，造成焊接电弧不稳定；送丝轮压紧程度要合适，避免过松造成焊丝打滑或过紧造成焊丝压痕过大；校直轮压紧力要适中，避免压力过大造成焊丝弯曲严重。2）焊前准备（1）检查焊机开关是否正确，置开关为自动焊接位置。（2）清理坡口，用角磨砂轮打磨坡口两侧各20mm，磨去毛刺、飞溅等，要求打磨光滑平整，以免影响滑块上行。（3）轨道安装：轨道放在待焊坡口右边，使轨道平行坡口后，先固定轨道最上边一组永磁铁，用直角尺测量、校准轨道上部距离坡口边缘在200mm左右，再用直角尺测量，校准轨道下部距离坡口同样的距离，校准后扳动轨道后面的开关，通电使电磁铁吸合，固定轨道。轨道的下端要比焊道起弧点低200mm，轨道的上端要比收弧点高300mm，便于小车焊满整个焊缝。（4）安装循环冷却水系统：安装焊缝背面的水冷铜排，连接好水冷管件，检查水路系统无误后，打开水箱上的开关，观察水箱上侧的流量计是否正常，调整合适的水流量。（5）扳动操作盒上的“上行/下行”开关，使小车行走到所要焊接位置的引弧处以下一段距离；再扳动“上行/下行”开关，使小车向上行走一段距离到引弧处，保证滑块滑动时顺畅无阻。（6）夹持好滑块，调整焊枪使导电咀距离滑块上边缘约5mm，距离引弧处45mm左右，即焊丝杆伸长45mm左右。（7）点动控制盒上的“送丝”按钮，断续送出焊丝，使焊丝端头离引弧处约5mm，调整焊枪角度，焊丝夹角在800左右，调整焊枪位置使焊丝端头在坡口重心（形心）位置。（8）打开CO2保护气体瓶开关，并按操作盒上的“检气”开关，调节气体流量为30L/min，接通气表加热器。3）自动焊接（1）按焊接工艺参数选择焊接电流、电弧电压和焊丝杆伸长三个旋钮的刻度，再察看水、电、气及线无误后，按下控制盒上“焊接”按钮，进行焊接。（2）气电立焊的焊接电流大，起弧时铁水容易下漏，可采用两次起弧的方法解决，即起弧3秒后立即停弧，待熔池冷却几秒后再起弧焊接。（3）为了保证顺利进行自动焊接，开始时先手动控制行车，调节焊丝杆长度，观察焊接参数是否稳定，待正常后，再将行车开关恢复到中间位置，小车自动行车，焊接过程进入自动控制，焊接过程见图混凝土3－4。图混凝土3－4气电立焊焊接过程（4）正确操作“焊接电流”旋钮和“焊丝杆伸长”旋钮，是完成自动焊接的关键，在焊接过程中，两个旋钮必须配合起来调节。需要增大电流时，微调“焊接电流”旋钮增大，同时微调“焊丝杆伸长”旋钮增大，可分2-3次调到要求的值，避免快速调节时，由于熔池液面反应速度慢，铁水上涨，容易溢出。需要减小电流时，微调“焊接电流”旋钮减小，同时微调“焊丝杆伸长”旋钮减小，可分2-3次调到要求的值，避免快速调节时，由于熔池液面反应速度慢，铁水下跌，容易漏出。（5）观察焊丝在熔池中的位置，可适当调整焊枪位置，确保焊丝在坡口中心。（6）焊接过程中，干扰因素很多，如网络电压波动、周围大设备启动、滑块受阻、送丝受阻、导电咀堵塞