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埋弧焊技術(shù)在鋼結構加工廠(chǎng)的運用

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]
關(guān)鍵詞:埋弧焊技術(shù),鋼結構
    關(guān)鍵詞:埋弧焊技術(shù),鋼結構

    　　“無(wú)論你怎么努力提高埋弧焊焊接勞動(dòng)生產(chǎn)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(chǎng)維護檢查員斯塔斯·杰瑞·布勞恩說(shuō)，“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(zhù)我們擁有了多重選擇， 其結果就是我們的生產(chǎn)能力得到逐步提高。”

    　　事實(shí)上，該技術(shù)能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的說(shuō)法只是一種保守的說(shuō)法。通過(guò)運用米勒電氣制造公司的Summit Arc 1250TM焊機所獨家專(zhuān)有的平衡可調式交流方波技術(shù)，圣·喬治結構鋼加工廠(chǎng)不僅縮短了長(cháng)達60%的焊接時(shí)間，同時(shí)焊接質(zhì)量也提到提高。更可喜的是，不用再擔心過(guò)多的熱輸入、焊接變形和韌性降低。焊道完全焊透（見(jiàn)圖1），全部通過(guò)X射線(xiàn)檢測。



    1. 重型焊接件快速交貨

    　　圣·喬治鋼結構加工廠(chǎng)以加工制造大、重型焊接件聞名，生產(chǎn)產(chǎn)品包括風(fēng)塔、高壓罐、烘箱、集裝箱、油罐及水箱等。“我們開(kāi)展此項業(yè)務(wù)已50多年了，并且我們已達到美國機械工程師學(xué)會(huì )標準的U及R級水平。我們可為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、合理價(jià)格和周到及時(shí)的服務(wù)。”澳大利亞墨累的圣·喬治鋼結構加工廠(chǎng)北方設備公司總?-理杰·?-弗萊戈爾說(shuō)。

    　　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(chǎng)使用了75個(gè)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(chǎng)的兩倍多，職工人數達150人。圣·喬治鋼加工廠(chǎng)的貨車(chē)承載著(zhù)近30t或更重的焊接件和成群結隊的平板拖車(chē)在公路上縱橫交錯地馳騁，人們對此場(chǎng)景已習以為常。

    　　“我們在大型優(yōu)質(zhì)結構件質(zhì)量方面早有盛譽(yù)，所以當我們得知一種焊接技術(shù)可以使生產(chǎn)能力升級，讓圣·喬治為用戶(hù)制造更多產(chǎn)品，并在本行業(yè)更富有競爭力。對此技術(shù)，我們很愿意傾聽(tīng)。”弗萊戈爾說(shuō)。

    　　布勞恩補充道：“我們的工作就是引領(lǐng)工廠(chǎng)的工長(cháng)們走上成功之路，找到有最高生產(chǎn)能力，最優(yōu)生產(chǎn)質(zhì)量并方便用戶(hù)操作的技術(shù)裝備。”

    　　2. 消除損害

    　　在采用米勒平衡可調式交流方波（見(jiàn)圖2）埋弧焊接技術(shù)前，圣·喬治鋼加工廠(chǎng)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(shù)”是過(guò)去采用的惟一焊接方法。


    單絲直流埋弧焊接限制了加工廠(chǎng)的生產(chǎn)制造能力。工廠(chǎng)可能只會(huì )將目光投向三個(gè)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(jìn)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(cháng)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(guò)度的熱輸入量可能會(huì )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(chǎn)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(wèn)題。然而，因熱量要從鋼板流向電極，會(huì )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(chǎn)效率，這種情況才會(huì )有所改善。

    　　有感于布萊恩沮喪的失敗?-驗及對焊接過(guò)程限制的了解，焊接設備供應商Airgas-Intermountain 公司的客戶(hù)?-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(gè)新的故障處理工具。

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

    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(shí)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(shuō)，“Miller（米勒）焊機為圣·喬治鋼結構廠(chǎng)最大限度地實(shí)現焊接生產(chǎn)最優(yōu)化。
    ”

    　　3. 300mm外殼

    　　當一個(gè)大型焊接任務(wù)需要增加產(chǎn)量時(shí)，圣· 喬治鋼結構廠(chǎng)就有了添加4臺米勒Summit Arc 1250埋弧焊機系統的機會(huì )。該任務(wù)需要把一塊長(cháng)×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(zhù)在卷筒機上卷成一個(gè)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(jìn)行焊接，以保證100%焊接熔深。

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

    　　下個(gè)工序要把規格為13～50mm的法蘭與底殼焊在一起，接著(zhù)再把小法蘭與另外三個(gè)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(gè)連續的12m長(cháng)殼體。

    　　焊縫必須沿每個(gè)殼體周邊由內及外進(jìn)行焊接。為保證完成這一任務(wù)，圣·喬治加工廠(chǎng)裝配了一個(gè)架式系統，該系統將圓筒放置在一個(gè)管狀基座上，通過(guò)一組隨動(dòng)凸輪機構轉動(dòng)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(gè)Summit Arc 1250焊機設備可以實(shí)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(gè)轉換器，允許焊接操作在兩個(gè)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(jìn)行轉換。將一個(gè)焊接部件放置在作業(yè)平臺頂部，焊接外焊縫（第一道和最后一道），另一個(gè)焊接部件放置在車(chē)間地面上用來(lái)焊接內焊縫。兩大焊接部件均可隨意擺動(dòng)，上下前后移動(dòng)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(shuō)，“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(shí)的停機時(shí)間。我們可挪動(dòng)一個(gè)裝配臺（見(jiàn)圖3）過(guò)來(lái)，旋轉到位，而后進(jìn)行焊接操作。”


    4.節省60%的焊接時(shí)間

    　　把法蘭焊到殼體上需要在圓筒內部和外部進(jìn)行焊接（把殼體鋼板按一定斜角放置，將需要焊接的兩個(gè)焊件預熱至200K）。使用DC EP直流正輸出埋弧焊，要求5個(gè)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(gè)道，平均焊速為0.56m/min。

    　　以0.38m/min焊速焊接一個(gè)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(shí)間進(jìn)行冷卻，所以實(shí)際的操作時(shí)間還要更長(cháng)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(wú)需等待焊接件冷卻，使用焊劑量小。

    　　“熱輸入量過(guò)高將導致各種各樣的問(wèn)題，如冷卻時(shí)焊接件收縮，”布勞恩說(shuō)，“我們規定殼體允差為1/4英寸。聽(tīng)起來(lái)好像有點(diǎn)多，但是使用直流焊接工藝時(shí)，不控制好層間溫度，那么法蘭因?-伸現象會(huì )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(huì )再恢復正確。”

    　　5. 冰山一角

    　　由于殼體項目（見(jiàn)圖4）的運行時(shí)間有限，布勞恩和洛佩茲沒(méi)有時(shí)間充分地探究新的焊接系統的可行性。然而，最初的實(shí)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(shí)現100%的焊接熔深，同時(shí)保證焊接表面寬度只有20mm。


    這樣可以不需要開(kāi)坡口，避免浪費焊材和產(chǎn)生過(guò)多的輸入。”布勞恩說(shuō)，“我們正與米勒的焊機專(zhuān)家一道努力探索，我們希望實(shí)現只需一個(gè)焊道，就能達成100%的焊接熔深。”

    　　另一項技術(shù)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(hù)把我們當作鋼結構加工方面的專(zhuān)家，他們需要質(zhì)量較高的焊接，并把質(zhì)量一致性貫徹到整個(gè)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(shí)到工作中。那將是對客戶(hù)的最大安慰。除了能節約操作時(shí)間外，埋弧焊技術(shù)將使我們的生產(chǎn)能力更強，從而極大地增強我們產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭能力。”

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