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埋弧焊技術在鋼結構加工廠的運用

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]
關鍵詞:埋弧焊技術,鋼結構
    關鍵詞:埋弧焊技術,鋼結構

    　　“無論你怎么努力提高埋弧焊焊接勞動生產率，如果只是拘泥一種工作方法，你仍然僅僅是墨守成規。”圣·喬治鋼結構加工廠維護檢查員斯塔斯·杰瑞·布勞恩說，“我們現在擁有了米勒的平衡可調式交流方波埋弧焊接電源，這意味著我們擁有了多重選擇， 其結果就是我們的生產能力得到逐步提高。”

    　　事實上，該技術能提高勞動生產率的說法只是一種保守的說法。通過運用米勒電氣制造公司的Summit Arc 1250TM焊機所獨家專有的平衡可調式交流方波技術，圣·喬治結構鋼加工廠不僅縮短了長達60%的焊接時間，同時焊接質量也提到提高。更可喜的是，不用再擔心過多的熱輸入、焊接變形和韌性降低。焊道完全焊透（見圖1），全部通過X射線檢測。



    1. 重型焊接件快速交貨

    　　圣·喬治鋼結構加工廠以加工制造大、重型焊接件聞名，生產產品包括風塔、高壓罐、烘箱、集裝箱、油罐及水箱等。“我們開展此項業務已50多年了，并且我們已達到美國機械工程師學會標準的U及R級水平。我們可為用戶提供優質產品、合理價格和周到及時的服務。”澳大利亞墨累的圣·喬治鋼結構加工廠北方設備公司總?-理杰·?-弗萊戈爾說。

    　　公司的大型焊接項目要求許多方形尺碼。除了鹽湖城附近的Murray工廠使用了75個員工外，設在亞利桑拿州州邊的圣·喬治“南方設備公司”是Murray工廠的兩倍多，職工人數達150人。圣·喬治鋼加工廠的貨車承載著近30t或更重的焊接件和成群結隊的平板拖車在公路上縱橫交錯地馳騁，人們對此場景已習以為常。

    　　“我們在大型優質結構件質量方面早有盛譽，所以當我們得知一種焊接技術可以使生產能力升級，讓圣·喬治為用戶制造更多產品，并在本行業更富有競爭力。對此技術，我們很愿意傾聽。”弗萊戈爾說。

    　　布勞恩補充道：“我們的工作就是引領工廠的工長們走上成功之路，找到有最高生產能力，最優生產質量并方便用戶操作的技術裝備。”

    　　2. 消除損害

    　　在采用米勒平衡可調式交流方波（見圖2）埋弧焊接技術前，圣·喬治鋼加工廠一直采用直流正極性或負極性電弧焊，對于單絲焊接應用，“這種常規技術”是過去采用的惟一焊接方法。


    單絲直流埋弧焊接限制了加工廠的生產制造能力。工廠可能只會將目光投向三個主要變量之一：高熔敷率、理想的焊接熔深或較低的熱輸入量。

    　　直流正極性電弧焊是一種使電流從電極流向工件的焊法，在該焊法中，對工件進行預熱，預熱程度強于電極。這種焊接方法在焊趾處能形成更深的焊接熔深并保證良好的清理。然而，該方法堆焊效率低，熱輸入量高，不適合較長焊縫的高速焊接，也不適合焊接易變形工件（油罐）和熱處理材料（例如4130，4140）。過度的熱輸入量可能會導致焊接母材金屬稀釋和焊接區合金成分的減少，更容易產生裂紋。

    　　直流負極性電弧焊能降低焊接母材金屬稀釋和焊件變形問題。然而，因熱量要從鋼板流向電極，會導致焊道熔深不夠。直流正極性電弧焊堆焊率較高，但在小電流下焊接性差。除非降低生產效率，這種情況才會有所改善。

    　　有感于布萊恩沮喪的失敗?-驗及對焊接過程限制的了解，焊接設備供應商Airgas-Intermountain 公司的客戶?-理麥克維爾建議布萊恩引入米勒Summit Arc 1250埋弧焊機。這種“全工藝”埋弧焊系統為交/直流輸出，1000A、44V下暫載率為100%，并且電源為三相交流電源輸入。最為重要的是，該焊機可為圣·喬治結構鋼提供一個新的故障處理工具。

    　　“平衡可調式方波焊接電源可解決常見的直流埋弧焊引起的問題，因為像圣·喬治結構鋼這樣的加工廠可以通過調整輸出波形的正負比例來控制鋼板和電極的熱輸入量。”麥克維爾說。

    該焊接方法可保障下列三種屬性的兩種，而不僅僅是一種。這樣焊工可以實現更大的熔深、更高的熔敷效率和更小的熱輸入量。“最佳平衡匹配是66%～40%的EP焊接或34%～60%的EN焊接。”麥克維爾說，“Miller（米勒）焊機為圣·喬治鋼結構廠最大限度地實現焊接生產最優化。
    ”

    　　3. 300mm外殼

    　　當一個大型焊接任務需要增加產量時，圣· 喬治鋼結構廠就有了添加4臺米勒Summit Arc 1250埋弧焊機系統的機會。該任務需要把一塊長×寬×厚度為12.2m×3.1m×16mm的碳鋼板制成直徑為3.7m的圓筒。首先用一臺等離子切割機按尺寸下料，接著在卷筒機上卷成一個大圓筒。用MIG焊將縱向接縫焊接，制成圓筒形殼體。焊縫向上，對外焊縫采用埋弧焊接，然后殼體?-轉180°，對內焊縫進行焊接，以保證100%焊接熔深。

    　　目前，工廠采用直流埋弧焊工藝。然而，因焊速要求的提高，布勞恩及車間工長阿特· 洛佩茲打算在下一個加工工序采用平衡可調交流方波焊接工藝。

    　　下個工序要把規格為13～50mm的法蘭與底殼焊在一起，接著再把小法蘭與另外三個殼體焊接到一塊。焊接完畢后，3m高殼體部分連在一起，形成一個連續的12m長殼體。

    　　焊縫必須沿每個殼體周邊由內及外進行焊接。為保證完成這一任務，圣·喬治加工廠裝配了一個架式系統，該系統將圓筒放置在一個管狀基座上，通過一組隨動凸輪機構轉動圓筒體，該系統可保持圓筒之間角度一致以及焊接的重復性操作。

    　　這樣一個Summit Arc 1250焊機設備可以實現既能焊接殼體的內焊縫，又能焊接殼體外焊縫。杰瑞·布勞恩布置了一個轉換器，允許焊接操作在兩個米勒HDC 1500控制系統、RAD送絲組件、焊劑漏斗及OBT 1200焊槍之間進行轉換。將一個焊接部件放置在作業平臺頂部，焊接外焊縫（第一道和最后一道），另一個焊接部件放置在車間地面上用來焊接內焊縫。兩大焊接部件均可隨意擺動，上下前后移動以利于焊接準確定位。

    　　“滾筒、裝配架及送絲組件這一裝配臺能保證裝配的一致性，”布勞恩說，“我們擁有保證焊接一致性的焊接系統，還必須制作一些輔助裝置完善它。此外，這種裝置可消除內外焊縫轉換時的停機時間。我們可挪動一個裝配臺（見圖3）過來，旋轉到位，而后進行焊接操作。”


    4.節省60%的焊接時間

    　　把法蘭焊到殼體上需要在圓筒內部和外部進行焊接（把殼體鋼板按一定斜角放置，將需要焊接的兩個焊件預熱至200K）。使用DC EP直流正輸出埋弧焊，要求5個焊道，焊速平均為0.38m/min，焊絲規格為φ4mmAWS EM12K。使用同一種焊絲，采用平衡可調交流方波工藝，參數為66%EN+34%EP，Summit Arc 1250焊機只需要焊接3個道，平均焊速為0.56m/min。

    　　以0.38m/min焊速焊接一個直徑為3.7m的圓筒件需要60min，而使用舊式DC EP工藝焊接同樣的殼體最少需要300min。然而，為保證層間溫度不至于太高，殼體需要時間進行冷卻，所以實際的操作時間還要更長一些。相反，平衡可調式方波焊接工藝只需123min，該操作熱輸入量小、焊道少，無需等待焊接件冷卻，使用焊劑量小。

    　　“熱輸入量過高將導致各種各樣的問題，如冷卻時焊接件收縮，”布勞恩說，“我們規定殼體允差為1/4英寸。聽起來好像有點多，但是使用直流焊接工藝時，不控制好層間溫度，那么法蘭因?-伸現象會遠遠超出規定公差，法蘭與殼體之間不再是直角，并且永遠不會再恢復正確。”

    　　5. 冰山一角

    　　由于殼體項目（見圖4）的運行時間有限，布勞恩和洛佩茲沒有時間充分地探究新的焊接系統的可行性。然而，最初的實驗室測試預示前途一片光明。例如，使用這種工藝將兩塊15mm厚的鋼板對接，每側焊一道，可以實現100%的焊接熔深，同時保證焊接表面寬度只有20mm。


    這樣可以不需要開坡口，避免浪費焊材和產生過多的輸入。”布勞恩說，“我們正與米勒的焊機專家一道努力探索，我們希望實現只需一個焊道，就能達成100%的焊接熔深。”

    　　另一項技術升級就是米勒的數字編程式HDC控制器，該控制器可以預設并鎖定12套焊接程序。

    　　“客戶把我們當作鋼結構加工方面的專家，他們需要質量較高的焊接，并把質量一致性貫徹到整個工作流程。我們可預先設定工作參數，鎖定住，而后我們就將這些參數將落實到工作中。那將是對客戶的最大安慰。除了能節約操作時間外，埋弧焊技術將使我們的生產能力更強，從而極大地增強我們產品的市場競爭能力。”

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