一种铁白铜管焊接工艺及一种焊接辅助工具的制作方法

1.本技术涉及特种管材焊接技术领域，具体涉及一种铁白铜管焊接工艺及一种焊接辅助工具。


背景技术：

2.目前，铜镍合金铁白铜管新型材料，具有更好的机械性能和耐腐蚀性能，是制作海洋工程及大型船舶管系的最佳选项，所以在大型船舶及海洋工程建造时都是使用铁白铜管取代传统材料作水、油等液体的输送管道制作，铜镍合金材料化学成分复杂、合金元素多，为满足使用条件，对接焊缝都是要求单面焊双面成型，对接焊缝按nb/t47013.2-2015标准100％x光射线检测，增加了焊接难度。目前铜镍合金铁白铜管都是采用手工tig焊接，焊接质量的好坏与操作人员的技能水平的高低有很大的关系，对焊接操作人员的技能水平要求高，特别是在厚壁管焊接时施工人员的劳动强度大，且焊接质量不稳定，比如一道φ160
×
9mm的管口一个熟练的焊工需要4个多小时才能够完成焊接，而且不能保证100％x光射线检测合格，严重影响产品的正常有序的施工。而目前现有技术中并没有对铁白铜管的自动焊接的规范和方法，在手工焊接的过程中也是依靠的工人的经验随机应变，无法直接将手工焊转变为自动焊，提高了生产成本。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种铁白铜管焊接工艺及一种焊接辅助工具，提供了一种可以应用在机械焊上的焊接方法。
4.为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：
5.本技术提供一种铁白铜管焊接工艺，包括如下步骤：
6.将铁白铜管的待焊接端进行削斜削薄处理，形成待焊接坡口，沿铁白铜管的径向由内向外，所述待焊接坡口包括打底层、填充层和盖面层；
7.向铁白铜管内部充入保护气体，并依次对打底层、填充层和盖面层进行焊接；其中：
8.对打底层进行焊接包括：在打底层上选择一起弧点，并进行起弧，待起弧点刚熔化形成熔池时，送丝焊接，当本次焊接的收弧点越过对应起弧点的距离位于第一预设区间时，逐步降低送丝速度直至停止送丝，并停弧；
9.对填充层进行焊接包括：在层间温度处于第一预设温度区间条件下，在填充层上选择一起弧点，并进行起弧，待本次焊接的起弧点刚熔化形成熔池时，使焊枪摆动幅度达到第一摆动量并送丝进行焊接，当本次焊接的收弧点越过对应起弧点的距离位于第一预设区间时，停止焊接；
10.对盖面层进行焊接包括：在层间温度处于第一预设温度区间条件下，在填充层上选择一起弧点，使焊枪摆动幅度达到第二摆动量并向该起弧点送丝以焊接，焊接方向与打底层焊接的方向相同，当本次焊接焊接的收弧点越过对应对应起弧点的距离位于第一预设
区间时，采用电流衰减的方法收弧，并填满弧坑。
11.优选的，在对打底层、填充层和盖面层进行焊接时，焊枪沿竖直向下设置，同时均控制电弧长度为2mm。
12.优选的，在对打底层进行焊接时，焊接电流为165～170a，送丝速度为200～220mm/min，焊接速度80～85mm/min。
13.优选的，在对填充层进行焊接时，将填充层分多层焊接，直至填充层的顶面距离待焊接铁白铜管坡口面的距离在0.5～1mm内为止。
14.优选的，在对填充层进行焊接时，每层焊接中，第一摆动量为向焊接方向两侧摆动1.5mm
±
0.2mm，填充层焊接电流175～180a，送丝速度300～320mm/min，焊接速度75～80mm/min，第一预设区间为15～20mm，并利用焊接衰减功能停弧。
15.优选的，对盖面层进行焊接时，将盖面层分多层焊接，最后一层焊接时，焊缝的边界越过对应待焊接坡口的边界1～1.5mm，且焊缝和待焊接铁白铜管之间平滑过渡。
16.优选的，在对盖面层中每一层进行焊接时，焊接电流为180～185a，送丝速度为400～420mm/min，焊接速度为60～70mm/min，第二摆动量为向焊接方向两侧摆动4.0mm
±
0.2mm。
17.优选的，在对打底层进行焊接之前，还进行如下步骤：
18.在整个待焊接坡口周向均匀选择四点进行定位焊，定位焊的长度至少为10mm，且定位焊时需要填丝，在定位焊结束后，对定位焊的焊缝进行削斜削薄处理，使定位焊缝的厚度小于等于1mm。
19.优选的，所述第一预设区间为15～20mm。
20.本技术还提供一种应用于如前述的一种铁白铜管焊接工艺的一种焊接辅助工具，用于在铁白铜管内部形成保护气氛，包括：
21.放气管，其周向设置有若干个放气孔；
22.堵板，其设置于放气管两端，所述堵板的外径与待焊接的铁白铜管内径相同，其中一个堵板上设置有用于的排气孔；
23.用于输入保护气体的充气管，其通过滚珠轴承安装于堵板上，。
24.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
25.本技术的一种铁白铜管焊接工艺及一种焊接辅助工具，利用铁白铜管本身的材质特性，找到了最佳的焊接方法，最大程度的避免了焊接气孔、夹渣、未熔合等焊接产生缺陷，摆脱了依赖工人经验判断开始焊接时机的问题，解决了铁白铜管自动填丝tig焊焊接问题，突破了该类管材中铜镍合金材料合金成分多，焊接质量不稳定且只能采用手工tig焊接的难题，实现了由手工操作焊接向机械焊焊接的转变，能够有效提高了焊接质量和工作效率，降低了劳动强度和操作者的难度。
26.在进一步的改进中，还提供了最佳的焊接参数，在焊接难易度和焊接效果之间取得了最佳的平衡，可以有效的降低人为的影响，减少焊缝内气孔、夹渣、未熔合等焊接缺陷的产生。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本技术中一个实施例的透视示意图。
29.图2为图1所示实施例中在焊接位置的剖视示意图。
30.图3为图1所示实施例中焊接辅助工具的结构示意图。
31.图4为图3所示实施例的侧视图。
32.附图标记：
33.1、放气管；11、放气孔；2、堵板；21、滚珠轴承；22、排气孔；3、充气管；4、打底层；5、填充层；6、盖面层；7、铁白铜管。
具体实施方式
34.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
35.本技术中没提供一种铁白铜管的焊接工艺的实施例，包括如下步骤：
36.s1.将铁白铜管7的待焊接端进行削斜削薄处理，形成待焊接坡口，沿铁白铜管7的径向由内向外，所述待焊接坡口包括打底层4、填充层5和盖面层6。具体的，在焊接时至少具有两根铁白铜管7，两根铁白铜管7将要连接的端部在本实施例以及后续实施例中被称为焊接端，本实施例中，技术要求如图1所示，单边坡口角度40
°±1°
，将两根铁白铜管7的坡口及管口内外20mm范围内的水渍、油渍、及氧化物进行清理干净，采用机械清理的方式进行，管口组对时将两根管子转动调整，检测管口接头的错边量，使错边量最小且≤1mm，不留间隙组装。
37.s2.向铁白铜管7内部充入保护气体，并依次对打底层4、填充层5和盖面层6进行焊接。具体的，本实施例的焊接中要求如下，焊接时，环境温度应为0度以上，环境湿度应小于90％，风速小于2m/s，如果大于此值时应采取防风措施进行保护，焊接采用直流tig焊，焊丝牌号为：ercuni(aws-a5.7)，焊丝直径：1.2mm，焊接时采用99.999的高纯氩气作为保护气体，正面保护气体流量20l/min，而管道内部也应当填充高纯氩气，作为焊接背面的管道内部，则需要形成高纯氩气气氛。
38.对于步骤s2中依次对打底层4、填充层5和盖面层6进行焊接的过程，包含如下三个步骤：
39.s21.对打底层4进行焊接包括：在打底层4上选择一起弧点，并进行起弧，待起弧点刚熔化形成熔池时，送丝焊接，当本次焊接的收弧点越过对应起弧点的距离位于第一预设区间时，逐步降低送丝速度直至停止送丝，并停弧。具体的，起弧时间通常为3-5秒，利用电弧对焊缝预热，形成熔池时，铁白铜管7被切削形成的壁面会出现明显的融化痕迹，铁白铜管7和电弧的接触面的反光会出现明显的异样，此时就可以同步打开送丝开关和变位机转动开关开始焊接，打底层4焊接的时候封堵住待焊接坡口底面的缝隙即可，在结束时用焊接衰减功能停弧，至此完成打底焊缝的焊接。
40.s22.对填充层5进行焊接包括：在层间温度处于第一预设温度区间条件下，在填充层5上选择一起弧点，并进行起弧，待本次焊接的起弧点刚熔化形成熔池时，使焊枪摆动幅度达到第一摆动量并送丝进行焊接，当本次焊接的收弧点越过对应起弧点的距离位于第一预设区间时，停止焊接。具体的，因为待焊接坡口的截面为三角形，靠近铁白铜管7轴线的部分为打底层4，填充层5位于中间部分，宽度不是一根填丝可以充满的，所以要进行摆动，使得焊材可以均匀填充在填充层5内。
41.s23.对盖面层6进行焊接包括：在层间温度处于第一预设温度区间条件下，在填充层5上选择一起弧点，使焊枪摆动幅度达到第二摆动量并向该起弧点送丝以焊接，焊接方向与打底层4焊接的方向相同，当本次焊接焊接的收弧点越过对应对应起弧点的距离位于第一预设区间时，采用电流衰减的方法收弧，并填满弧坑。具体的，收弧时收成蝌蚪尾巴的形状使弧坑减小并填满弧坑，避免产生弧坑缺陷。
42.在本实施例中，层间温度均控制在100～120℃内。
43.采用本实施例，可以有效的确定焊接的起点，降低了对工人的经验要求，减少了对工人的依赖，使得机械化焊接成为可能。
44.在上述实施例中，仅实现了对焊接起点的判断，但是对焊接过程中的一些因素并没有做探究，这就导致了一些实施例中任意摆放焊枪、设置焊枪参数，不利于对铁白铜管7的焊接。
45.因此在一些优选的实施例中，如图2所示，在对打底层4、填充层5和盖面层6进行焊接时，焊枪沿竖直向下设置，同时均控制电弧长度为2mm。其中，电弧长度由焊接设备进行测量，在实际焊接过程中要尽量保持电弧长度为2mm，而焊缝内部情况复杂，焊枪行进时，焊缝内部的凸起或者下陷可能会导致焊枪钨极距离焊缝距离小于或大于2mm，使得电弧长度在短时间内不为2mm，这种属于正常现象，此时需要及时调整焊枪，尽快使得电弧长度为2mm，低于2mm时钨极容易碰到焊缝，高于2mm时电弧长度过长会造成电弧热量不集中，气体保护不好外界空气容易侵入熔池等。而焊枪通常位于待焊接管道的正上方，方便控制调节以及测量。
46.针对铁白铜管7的具体特性，一些实施例中各个焊接参数还是采用人工经验判断的方法进行设置，这还是限制了机械焊的适用范围。因此在一些优选的实施例中，在对打底层4进行焊接时，焊接电流为165～170a，送丝速度为200～220mm/min，焊接速度80～85mm/min。具体的，利用本实施例进行焊接时，一圈焊缝焊接完成的收弧时候，在接头处不停弧，超过起弧点焊15～20mm长并逐步调节送丝速度直至停止送丝，利用焊接衰减功能停弧。
47.一些优选的实施例中，在对填充层5进行焊接时，将填充层5分多层焊接，直至填充层5的顶面距离待焊接铁白铜管7坡口面的距离在0.5～1mm内为止。具体的，填充层5一般层厚较大，焊接时一次性无法完全填满，所以要多次分层焊接，同时，为了保证盖面层6的稳固性，需要预留0.5～1mm的空间供盖面层6焊接时使用，使得盖面层6形成类似t形结构，增大盖面层6和管道之间的结合力。
48.一些优选的实施例中，在对填充层5进行焊接时，每层焊接中，第一摆动量为向焊接方向两侧摆动1.5mm
±
0.2mm，填充层5焊接电流175～180a，送丝速度300～320mm/min，焊接速度75～80mm/min，第一预设区间为15～20mm，并利用焊接衰减功能停弧。具体的，一般的实施例中采用机械焊枪，摆动量为设置时需要输入的参数，而具体的摆动，通常会因为焊
枪结构、焊缝条件等各种因素会有轻微的波动。
49.一些优选的实施例中，对盖面层6进行焊接时，将盖面层6分多层焊接，最后一层焊接时，焊缝的边界越过对应待焊接坡口的边界1～1.5mm，且焊缝和待焊接铁白铜管7之间平滑过渡。具体的，在焊接过程中需要增大盖面层6和管道之间的结合力，防止脱落。
50.一些优选的实施例中，在对盖面层6中每一层进行焊接时，焊接电流为180～185a，送丝速度为400～420mm/min，焊接速度为60～70mm/min，第二摆动量为向焊接方向两侧摆动4.0mm
±
0.2mm。
51.一些优选的实施例中，在对打底层4进行焊接之前，还进行如下步骤：在整个待焊接坡口周向均匀选择四点进行定位焊，定位焊的长度至少为10mm，且定位焊时需要填丝，在定位焊结束后，对定位焊的焊缝进行削斜削薄处理，使定位焊缝的厚度小于等于1mm。
52.一些优选的实施例中，所述第一预设区间为15～20mm。
53.本技术还提供一种焊接辅助工具，用于在铁白铜管7内部形成保护气氛，包括放气管1、堵板2和输气管。
54.其中，放气管1是用于将保护气体释放到管道内部的结构，其周向表面均匀设置有多个放气孔11，放气管1内的保护气体可以通过放气孔11均匀发散到管道内，特别是焊缝背面也能收到有效的保护。
55.堵板2是为了形成密闭结构，以保证保护气体不外泄，同时，为了排除空气，在其中一个堵板2上设置有排气孔22。同时有一些实施例中，如图3和图4所示，为了方便操作，一些堵板2上还设置有把手，把手可以在焊接时供工人操作，以便于将焊接辅助工具拉出或者推进待焊接位置，还有一些实施例中，堵板2围圈安装橡皮用于密封。
56.输气管是安装在堵板2上，且伸入放气管1，输气管周围设置有一个滚珠轴承21，通过滚珠轴承21安装在堵板2上，在堵板2上安装滚珠轴承21的目的是工件在转动时充气气管不会随着工件一起转动使充气管3缠绕打结影响充气气体流量减少使背面焊缝质量氧化。
57.下面以一个具体的实施例来对本技术进行说明：
58.s001.将焊件按图1进行加工，单边坡口角度40
°±
1,去除端口毛刺，管口组对前将坡口及管口内外20mm范围内的水渍、油渍、及氧化物进行清理干净，采用机械清理的方式进行，管口组对时将两根管子转动调整，检测管口接头的错边量，使错边量最小且≤1mm，不留间隙组装，用直流tig焊进行定位焊，定位焊四点均匀分布，定位焊长度≥10mm，定位焊时不允许自熔，必须填丝，利用焊丝里的脱氧元素对定位焊缝脱氧，消除定位焊缝的气孔，定位焊作为正式焊缝的一部分，质量要求与正式焊缝一致，并将定位焊两端进行削斜削薄处理，使定位焊缝的厚度≤1mm。
59.s002.在焊接时采用99.999的高纯氩气作为保护气体，正面保护气体流量20～22l/min，背面使用焊接辅助工具充气进行保护。
60.s0021.焊接提前送气气室气体流量10～12l/min，打底层4焊接时电流选用165-170a，打底焊接时，焊枪竖直在12点钟的位置，钨极与焊缝根部对中，距离焊缝根部2mm，在定位焊缝上起弧并持续3-5s，利用电弧对焊缝预热，观察定位焊缝开始熔化形成熔池后，同步打开送丝开关和变位机转动开关开始焊接，送丝速度200～220mm/min，焊接速度80-85mm/min，焊枪不摆动，一圈焊缝焊接完成的收弧时候，在接头处不停弧，超过起弧点焊15～20mm长并逐步调节送丝速度直至停止送丝，利用焊接衰减功能停弧，至此完成打底焊缝
的焊接，层间温度控制在100
°
～120
°
度。
61.s0022.填充焊缝焊接时，添加焊枪摆动功能，左右摆动量增加1.5mm，填充层5焊接电流175-180a，送丝速度300～320mm/min，焊接速度75-80mm/min，焊接时焊缝上起弧并持续3-5s，焊缝开始熔化形成熔池后，同步打开送丝开关和变位机转动开关开始焊接，收弧时与起弧点交错15～20mm，利用焊接衰减功能停弧，最后一道填充层5厚度以填充金属低于坡口面0.5-1mm为宜
62.s0033.盖面层6焊接时焊接电流180-185a，送丝速度400～420mm/min，焊接速度60-70mm/min，焊枪摆动增加2.5mm，利用焊接衰减功能停弧。盖面层6份多层焊接，每一层焊道都应起弧点和收弧点错开15～20mm以上，每一层的焊接方向与打底焊道方向一致，摆动宽度以坡口宽度为标准，最后一层盖面层6宽度按坡口单侧增宽1～1.5mm，焊接完后的焊缝与母材平滑过渡，收弧采用电流衰减的方法收成蝌蚪尾巴的形状使弧坑减小并填满弧坑，避免产生弧坑缺陷，至此焊接完毕。
63.本技术不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。
64.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
65.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
66.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。