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埋弧焊技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)加工廠的運用

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:46:58 [收藏]
關(guān)鍵詞:埋弧焊技術(shù),鋼結(jié)構(gòu)
    關(guān)鍵詞:埋弧焊技術(shù),鋼結(jié)構(gòu)

    　　“無論你怎么努力提高埋弧焊焊接勞動生產(chǎn)率，如果只是拘泥一種工作方法，你仍然僅僅是墨守成規(guī)。”圣·喬治鋼結(jié)構(gòu)加工廠維護檢查員斯塔斯·杰瑞·布勞恩說，“我們現(xiàn)在擁有了米勒的平衡可調(diào)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(jié)果就是我們的生產(chǎn)能力得到逐步提高。”

    　　事實上，該技術(shù)能提高勞動生產(chǎn)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(diào)式交流方波技術(shù)，圣·喬治結(jié)構(gòu)鋼加工廠不僅縮短了長達60%的焊接時間，同時焊接質(zhì)量也提到提高。更可喜的是，不用再擔(dān)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(jié)構(gòu)加工廠以加工制造大、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)會標準的U及R級水平。我們可為用戶提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品、合理價格和周到及時的服務(wù)。”澳大利亞墨累的圣·喬治鋼結(jié)構(gòu)加工廠北方設(shè)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(shè)在亞利桑拿州州邊的圣·喬治“南方設(shè)備公司”是Murray工廠的兩倍多，職工人數(shù)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(jié)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(xí)以為常。

    　　“我們在大型優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)件質(zhì)量方面早有盛譽，所以當(dāng)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。”弗萊戈爾說。

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

    　　2. 消除損害

    　　在采用米勒平衡可調(diào)式交流方波（見圖2）埋弧焊接技術(shù)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(yīng)用，“這種常規(guī)技術(shù)”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(chǎn)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(yù)熱，預(yù)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(dǎo)致焊接母材金屬稀釋和焊接區(qū)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題。然而，因熱量要從鋼板流向電極，會導(dǎo)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(shè)備供應(yīng)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(tǒng)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(jié)構(gòu)鋼提供一個新的故障處理工具。

    　　“平衡可調(diào)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(jié)構(gòu)鋼這樣的加工廠可以通過調(diào)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(xiàn)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(jié)構(gòu)廠最大限度地實現(xiàn)焊接生產(chǎn)最優(yōu)化。
    ”

    　　3. 300mm外殼

    　　當(dāng)一個大型焊接任務(wù)需要增加產(chǎn)量時，圣· 喬治鋼結(jié)構(gòu)廠就有了添加4臺米勒Summit Arc 1250埋弧焊機系統(tǒng)的機會。該任務(wù)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(zhuǎn)180°，對內(nèi)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(diào)交流方波焊接工藝。

    　　下個工序要把規(guī)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(xù)的12m長殼體。

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

    　　這樣一個Summit Arc 1250焊機設(shè)備可以實現(xiàn)既能焊接殼體的內(nèi)焊縫，又能焊接殼體外焊縫。杰瑞·布勞恩布置了一個轉(zhuǎn)換器，允許焊接操作在兩個米勒HDC 1500控制系統(tǒng)、RAD送絲組件、焊劑漏斗及OBT 1200焊槍之間進行轉(zhuǎn)換。將一個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），另一個焊接部件放置在車間地面上用來焊接內(nèi)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(tǒng)，還必須制作一些輔助裝置完善它。此外，這種裝置可消除內(nèi)外焊縫轉(zhuǎn)換時的停機時間。我們可挪動一個裝配臺（見圖3）過來，旋轉(zhuǎn)到位，而后進行焊接操作。”


    4.節(jié)省60%的焊接時間

    　　把法蘭焊到殼體上需要在圓筒內(nèi)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(yù)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(guī)格為φ4mmAWS EM12K。使用同一種焊絲，采用平衡可調(diào)交流方波工藝，參數(shù)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(diào)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(dǎo)致各種各樣的問題，如冷卻時焊接件收縮，”布勞恩說，“我們規(guī)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(xiàn)象會遠遠超出規(guī)定公差，法蘭與殼體之間不再是直角，并且永遠不會再恢復(fù)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(tǒng)的可行性。然而，最初的實驗室測試預(yù)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(cè)焊一道，可以實現(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)只需一個焊道，就能達成100%的焊接熔深。”

    　　另一項技術(shù)升級就是米勒的數(shù)字編程式HDC控制器，該控制器可以預(yù)設(shè)并鎖定12套焊接程序。

    　　“客戶把我們當(dāng)作鋼結(jié)構(gòu)加工方面的專家，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工作流程。我們可預(yù)先設(shè)定工作參數(shù)，鎖定住，而后我們就將這些參數(shù)將落實到工作中。那將是對客戶的最大安慰。除了能節(jié)約操作時間外，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)品的市場競爭能力。”

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