来源:建筑钢结构网 作者: 时间:2009-12-22
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摘要：关键词:埋弧焊技术,钢结构
摘要：关键词:埋弧焊技术,钢结构
关键词:埋弧焊技术,钢结构
“无论你怎么努力提高埋弧焊焊接劳动生产率，如果只是拘泥一种工作方法，你仍然仅仅是墨守成规。”圣·乔治钢结构加工厂维护检查员斯塔斯·杰瑞·布劳恩说，“我们现在拥有了米勒的平衡可调式交流方波埋弧焊接电源，这意味着我们拥有了多重选择， 其结果就是我们的生产能力得到逐步提高。”
事实上，该技术能提高劳动生产率的说法只是一种保守的说法。通过运用米勒电气制造公司的Summit Arc 1250TM焊机所独家专有的平衡可调式交流方波技术，圣·乔治结构钢加工厂不仅缩短了长达60%的焊接时间，同时焊接质量也提到提高。更可喜的是，不用再担心过多的热输入、焊接变形和韧性降低。焊道完全焊透（见图1），全部通过X射线检测。
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1. 重型焊接件快速交货
圣·乔治钢结构加工厂以加工制造大、重型焊接件闻名，生产产品包括风塔、高压罐、烘箱、集装箱、油罐及水箱等。“我们开展此项业务已50多年了，并且我们已达到美国机械工程师学会标准的U及R级水平。我们可为用户提供优质产品、合理价格和周到及时的服务。”澳大利亚墨累的圣·乔治钢结构加工厂北方设备公司总?-理杰·?-弗莱戈尔说。
公司的大型焊接项目要求许多方形尺码。除了盐湖城附近的Murray工厂使用了75个员工外，设在亚利桑拿州州边的圣·乔治“南方设备公司”是Murray工厂的两倍多，职工人数达150人。圣·乔治钢加工厂的货车承载着近30t或更重的焊接件和成群结队的平板拖车在公路上纵横交错地驰骋，人们对此场景已习以为常。
“我们在大型优质结构件质量方面早有盛誉，所以当我们得知一种焊接技术可以使生产能力升级，让圣·乔治为用户制造更多产品，并在本行业更富有竞争力。对此技术，我们很愿意倾听。”弗莱戈尔说。
布劳恩补充道：“我们的工作就是引领工厂的工长们走上成功之路，找到有最高生产能力，最优生产质量并方便用户操作的技术装备。”
2. 消除损害
在采用米勒平衡可调式交流方波（见图2）埋弧焊接技术前，圣·乔治钢加工厂一直采用直流正极性或负极性电弧焊，对于单丝焊接应用，“这种常规技术”是过去采用的惟一焊接方法。
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单丝直流埋弧焊接限制了加工厂的生产制造能力。工厂可能只会将目光投向三个主要变量之一：高熔敷率、理想的焊接熔深或较低的热输入量。
直流正极性电弧焊是一种使电流从电极流向工件的焊法，在该焊法中，对工件进行预热，预热程度强于电极。这种焊接方法在焊趾处能形成更深的焊接熔深并保证良好的清理。然而，该方法堆焊效率低，热输入量高，不适合较长焊缝的高速焊接，也不适合焊接易变形工件（油罐）和热处理材料（例如4130，4140）。过度的热输入量可能会导致焊接母材金属稀释和焊接区合金成分的减少，更容易产生裂纹。
直流负极性电弧焊能降低焊接母材金属稀释和焊件变形问题。然而，因热量要从钢板流向电极，会导致焊道熔深不够。直流正极性电弧焊堆焊率较高，但在小电流下焊接性差。除非降低生产效率，这种情况才会有所改善。
有感于布莱恩沮丧的失败?-验及对焊接过程限制的了解，焊接设备供应商Airgas-Intermountain 公司的客户?-理麦克维尔建议布莱恩引入米勒Summit Arc 1250埋弧焊机。这种“全工艺”埋弧焊系统为交/直流输出，1000A、44V下暂载率为100%，并且电源为三相交流电源输入。最为重要的是，该焊机可为圣·乔治结构钢提供一个新的故障处理工具。
“平衡可调式方波焊接电源可解决常见的直流埋弧焊引起的问题，因为像圣·乔治结构钢这样的加工厂可以通过调整输出波形的正负比例来控制钢板和电极的热输入量。”麦克维尔说。
该焊接方法可保障下列三种属性的两种，而不仅仅是一种。这样焊工可以实现更大的熔深、更高的熔敷效率和更小的热输入量。“最佳平衡匹配是66%～40%的EP焊接或34%～60%的EN焊接。”麦克维尔说，“Miller（米勒）焊机为圣·乔治钢结构厂最大限度地实现焊接生产最优化。
”
3. 300mm外壳
当一个大型焊接任务需要增加产量时，圣· 乔治钢结构厂就有了添加4台米勒Summit Arc 1250埋弧焊机系统的机会。该任务需要把一块长×宽×厚度为12.2m×3.1m×16mm的碳钢板制成直径为3.7m的圆筒。首先用一台等离子切割机按尺寸下料，接着在卷筒机上卷成一个大圆筒。用MIG焊将纵向接缝焊接，制成圆筒形壳体。焊缝向上，对外焊缝采用埋弧焊接，然后壳体?-转180°，对内焊缝进行焊接，以保证100%焊接熔深。
目前，工厂采用直流埋弧焊工艺。然而，因焊速要求的提高，布劳恩及车间工长阿特· 洛佩兹打算在下一个加工工序采用平衡可调交流方波焊接工艺。
下个工序要把规格为13～50mm的法兰与底壳焊在一起，接着再把小法兰与另外三个壳体焊接到一块。焊接完毕后，3m高壳体部分连在一起，形成一个连续的12m长壳体。
焊缝必须沿每个壳体周边由内及外进行焊接。为保证完成这一任务，圣·乔治加工厂装配了一个架式系统，该系统将圆筒放置在一个管状基座上，通过一组随动凸轮机构转动圆筒体，该系统可保持圆筒之间角度一致以及焊接的重复性操作。
这样一个Summit Arc 1250焊机设备可以实现既能焊接壳体的内焊缝，又能焊接壳体外焊缝。杰瑞·布劳恩布置了一个转换器，允许焊接操作在两个米勒HDC 1500控制系统、RAD送丝组件、焊剂漏斗及OBT 1200焊枪之间进行转换。将一个焊接部件放置在作业平台顶部，焊接外焊缝（第一道和最后一道），另一个焊接部件放置在车间地面上用来焊接内焊缝。两大焊接部件均可随意摆动，上下前后移动以利于焊接准确定位。
“滚筒、装配架及送丝组件这一装配台能保证装配的一致性，”布劳恩说，“我们拥有保证焊接一致性的焊接系统，还必须制作一些辅助装置完善它。此外，这种装置可消除内外焊缝转换时的停机时间。我们可挪动一个装配台（见图3）过来，旋转到位，而后进行焊接操作。”
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4.节省60%的焊接时间
把法兰焊到壳体上需要在圆筒内部和外部进行焊接（把壳体钢板按一定斜角放置，将需要焊接的两个焊件预热至200K）。使用DC EP直流正输出埋弧焊，要求5个焊道，焊速平均为0.38m/min，焊丝规格为φ4mmAWS EM12K。使用同一种焊丝，采用平衡可调交流方波工艺，参数为66%EN+34%EP，Summit Arc 1250焊机只需要焊接3个道，平均焊速为0.56m/min。
以0.38m/min焊速焊接一个直径为3.7m的圆筒件需要60min，而使用旧式DC EP工艺焊接同样的壳体最少需要300min。然而，为保证层间温度不至于太高，壳体需要时间进行冷却，所以实际的操作时间还要更长一些。相反，平衡可调式方波焊接工艺只需123min，该操作热输入量小、焊道少，无需等待焊接件冷却，使用焊剂量小。
“热输入量过高将导致各种各样的问题，如冷却时焊接件收缩，”布劳恩说，“我们规定壳体允差为1/4英寸。听起来好像有点多，但是使用直流焊接工艺时，不控制好层间温度，那么法兰因?-伸现象会远远超出规定公差，法兰与壳体之间不再是直角，并且永远不会再恢复正确。”
5. 冰山一角
由于壳体项目（见图4）的运行时间有限，布劳恩和洛佩兹没有时间充分地探究新的焊接系统的可行性。然而，最初的实验室测试预示前途一片光明。例如，使用这种工艺将两块15mm厚的钢板对接，每侧焊一道，可以实现100%的焊接熔深，同时保证焊接表面宽度只有20mm。
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这样可以不需要开坡口，避免浪费焊材和产生过多的输入。”布劳恩说，“我们正与米勒的焊机专家一道努力探索，我们希望实现只需一个焊道，就能达成100%的焊接熔深。”
另一项技术升级就是米勒的数字编程式HDC控制器，该控制器可以预设并锁定12套焊接程序。
“客户把我们当作钢结构加工方面的专家，他们需要质量较高的焊接，并把质量一致性贯彻到整个工作流程。我们可预先设定工作参数，锁定住，而后我们就将这些参数将落实到工作中。那将是对客户的最大安慰。除了能节约操作时间外，埋弧焊技术将使我们的生产能力更强，从而极大地增强我们产品的市场竞争能力。”
