TANDEM雙絲焊在造船拼板焊接中的應(yīng)用及工藝

    TANDEM雙絲氣體保護(hù)焊是一種高效、高速、適應(yīng)性強(qiáng)、節(jié)能的焊接工藝。和普通的氣體保護(hù)焊相比，焊接效率是他們的3-6倍。在中厚板焊接時(shí)熔敷率可達(dá)到30kg/h,在焊接要求控制線能量的低合金高強(qiáng)鋼是代替埋弧焊的最佳工藝。

0 前言

　　隨著我國船舶事業(yè)的不斷發(fā)展，造船產(chǎn)量在大幅度的增長，以及船廠建造的船型在不斷的增多，造船用鋼的趨勢也悄悄的發(fā)生了改變：低合金高強(qiáng)鋼的需求將大幅度的增加，造船用鋼板的規(guī)格增大等，這將給自動(dòng)化拼板增加一定的難度。首先，由于船舶的大型化，專業(yè)化使得低合金高強(qiáng)鋼的需求大幅增加。因?yàn)槠胀ㄔ齑娩搹?qiáng)度低，在建造大型船舶時(shí)就必須增加板厚。這樣不僅增大制造過程中加工焊接的難度和成本，又增加了船舶的自重，減少載重量；其次，船舶大型化引發(fā)了船板使用規(guī)格大型化的趨勢，預(yù)計(jì)最大的船用鋼板規(guī)格將達(dá)到：長22.5 m　寬4.5 m　厚40 mm。低合金高強(qiáng)鋼和中厚板高效焊接的問題將也是每一個(gè)船廠焊接部門必須面臨的課題。
　　
　　近幾年來國內(nèi)的造船企業(yè)相繼引進(jìn)了多條平面分段流水線，在船廠的生產(chǎn)中發(fā)揮了較大的作用。平面分段流水線主要用于鋼板平面組裝階段的船體平行中體外板，雙層底板，頂板，甲板隔壁等的拼板對(duì)接焊，以及相應(yīng)結(jié)構(gòu)的焊接。但是也由于種種原因從目前的國內(nèi)的幾大船廠引進(jìn)的平面流水線來看，成功的幾乎很少。首先，焊接材料必須依靠進(jìn)口，由于一般引進(jìn)的設(shè)備都是大型高效裝備，因此采用的都是大線能量高速焊接等技術(shù)工藝。國內(nèi)雖然有部分焊材可以代替進(jìn)口用于引進(jìn)設(shè)備使用，但對(duì)韌性指標(biāo)要求高或是特殊場合的焊材仍以進(jìn)口為主；其次，由于一般引進(jìn)的設(shè)備都是大線能量技術(shù)工藝，這就對(duì)高強(qiáng)鋼的焊接不太適應(yīng)，熱輸入大，產(chǎn)生變形和組織性能等問題；國內(nèi)許多船廠引進(jìn)的平面分段流水線中FCB單面焊拼板焊接工位由于坡口留根，間隙一致性差等問題導(dǎo)致焊縫反面成型不均勻，有時(shí)甚至不成型，增加返修工作量。對(duì)厚度≥35mm的鋼板焊接接頭的某些性能不能較好的滿足要求。導(dǎo)致在一些情況下流水線流不起來，或流的不暢。

1　TANDEM雙絲焊接系統(tǒng)簡介

　 為了提高我國工業(yè)企業(yè)的焊接生產(chǎn)效率和焊接技術(shù)水平，珠海市金寶熱融焊接技術(shù)有限公司從世界著名的德國克魯斯（CLOOS）公司引進(jìn)了TANDEM雙絲高速高效焊接技術(shù)。成功的解決了一些需要高速焊接的用戶的需求，在過去的十年中已經(jīng)有超過150套的TANDEM焊接系統(tǒng)在國內(nèi)交付使用，受到了廣大用戶的一致好評(píng)。
該技術(shù)將兩根焊絲按一定的角度放在一個(gè)特別設(shè)計(jì)的焊槍里，兩根焊絲分別由各自的電源供電，所有的參數(shù)都可以彼此獨(dú)立，這樣可以最佳地控制電弧。與其它雙絲焊技術(shù)相比，不僅可以提高熔敷速度，大大提高焊接效率，而且改善了焊縫質(zhì)量，減少了飛濺物。

　 （1）TANDEM 焊接系統(tǒng)原理：
　 德國CLOOS公司TANDEM焊接系統(tǒng)原理見圖1。

　　（2）TANDEM 雙絲焊的工藝特點(diǎn)：
　　a)　高性能焊機(jī)， 100% 暫載率時(shí)的焊接電流 1000A ，脈沖電流 1500A ；
　　b)　數(shù)字化雙脈沖電源， 6 英寸 LCD 顯示，可編程，連接 PC 機(jī)、打印機(jī)；
　　c)　每根焊絲的規(guī)范參數(shù)可單獨(dú)設(shè)定，質(zhì)材、直徑可不同，相位差可連續(xù)調(diào)整；
　　d)　每根焊絲的送絲速度可達(dá) 35m /min ；
　　e)　大大提高熔敷效率和焊接速度；
　　f)　在熔敷效率增加時(shí)，保持較低的熱輸入；
　　g)　電弧穩(wěn)定，熔滴過渡受控；
　　h)　焊接變形小；
　　I)　飛濺?。?BR>　　j)　焊接數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理，錯(cuò)誤代碼顯示；
　　k)　使用標(biāo)準(zhǔn)氣體，耗氣量少；
　　l)　可焊接鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼、鋁合金等；

2　船廠分段拼板技術(shù)要求

船廠分段拼板技術(shù)要求如下：
　?。?）一次焊透20-40mm厚的鋼板，單面焊雙面成型，反面成型美觀，焊縫能滿足船檢的要求；
　?。?） 厚度低于16mm（含16mm）的不用開坡口；
　?。?） 焊接速度：厚20mm的1m/min以上，厚16mm的1.2m-1.5m/min之間；
　?。?） 能同樣適用低合金高強(qiáng)鋼的高速焊接；
　?。?） 焊接變形控制要求焊后不需要校正；
　?。?） 能用銅襯墊或陶瓷襯墊；
　　（7） 組對(duì)時(shí)間隙精度允許有2mm的誤差。
3 TANDEM雙絲焊拼板系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）機(jī)臺(tái)總成：含主門架、爬梯、橫向滑移機(jī)構(gòu)等。主門架采用固定形式，長21m,適用21m及以下不同規(guī)格的板材，焊接小車在門架橫梁上運(yùn)行，焊接距離長。
（2）焊接總成：含焊接小車、立體、上下升降機(jī)構(gòu)、左右調(diào)整機(jī)構(gòu)、焊槍夾持機(jī)構(gòu)等
a)焊接小車：采用雙邊變頻驅(qū)動(dòng)形式，驅(qū)動(dòng)功率為1.5KW,焊接速度為300-3000mm/min
b)焊槍上下升降裝置：焊槍拖板在精密絲桿的傳動(dòng)下，通過直線導(dǎo)軌副上下運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率為：0.75KW,移動(dòng)距離為500mm,速度為：250mm/min
c)焊槍左右橫移裝置：焊槍在焊臂的帶動(dòng)下手動(dòng)左右移動(dòng)，通過直線導(dǎo)軌副導(dǎo)向，移動(dòng)距離為500mm。
（3）焊接系統(tǒng)：含兩套TANDEM雙絲焊機(jī)（四臺(tái)）、四臺(tái)送絲機(jī)、兩把TANDEM雙絲焊槍及焊槍電纜、聯(lián)接電纜等。
（4）跟蹤系統(tǒng)：含激光跟蹤系統(tǒng)、電動(dòng)十字滑架。采用十字滑架結(jié)構(gòu)方式，非接觸傳感工件對(duì)接處，根據(jù)采集到的焊縫變化信號(hào)，由X-Y滑塊執(zhí)行焊炬精確地隨動(dòng)，精度：±0.25mm。
（5）焊煙除塵器：含德國產(chǎn)焊煙回收系統(tǒng)1套。
（6）導(dǎo)弧總成：含焊槍角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、焊槍間距調(diào)整機(jī)構(gòu)。
（7）能源傳送總成：含15000mm長坦克鏈及輥道等。輥筒直徑為：245x16mm。
（8）控制總成：含控制箱、操作箱、電纜線等。控制系統(tǒng)采用集中控制，可儲(chǔ)存焊接工藝參數(shù)，根據(jù)不同工藝參數(shù)可隨時(shí)調(diào)用，數(shù)字顯示。
（9）鋼板固定裝置：含電磁鐵等。每個(gè)電磁鐵直徑為φ250mm,吸力為2噸。橫向電磁鐵間距為925mm,縱向?yàn)椋?65mm。在每個(gè)電磁鐵中間設(shè)置一個(gè)托輪，有利鋼板的輸送。
(10) 襯墊：含陶瓷或琴鍵式銅襯墊。陶瓷襯墊采用人工裝貼，琴鍵式銅襯墊采用氣囊頂升壓緊。

4　TANDEM雙絲焊拼板焊接工藝過程：

(1)　切割好的兩塊鋼板放置在輥道上預(yù)先點(diǎn)焊，預(yù)留間隙精度控制在3mm以下；
(2)　通過同步輸送鏈將鋼板拼接焊縫處送至焊縫貼片處，反面貼上陶瓷襯墊，或頂升銅襯墊，保證反面襯墊與焊縫結(jié)合嚴(yán)密；
(3)　啟動(dòng)高速TANDEM雙絲氣保焊機(jī)進(jìn)行焊接，前后兩把TANDEM雙絲焊槍四絲同時(shí)工作。前槍帶焊縫激光跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行打底，后槍帶電弧擺動(dòng)蓋面，一次焊接成型。
(4)　去除反面的陶瓷襯墊，手工氣保焊清根,完成拼板工序。
(5)　將拼接后的鋼板輸送至縱筋龍骨裝配區(qū)，在鋼板上劃出縱筋龍骨位置線，將龍骨裝配并點(diǎn)焊，裝配后的工件由輸送輥道送至縱筋龍骨焊接區(qū)進(jìn)行雙面自動(dòng)焊接。

5 焊接參數(shù)
焊接參數(shù)見表1。

表1焊接參數(shù)

試 件	Q235		焊 絲		ER70S Φ1.6mm
坡口形式		對(duì)接焊縫 V型 20+20mm			對(duì)口間隙	4—5mm
焊接氣體		80%Ar+20%CO2			預(yù)熱溫度	無
焊道次序		打底TANDEM焊槍			蓋面TANDEM焊槍
焊絲		前絲		后絲	前絲		后絲
焊接電流A		260		300	420		380
電弧電壓V		28		30	32		31
送絲速度m/min		7.0		7.5	10.0		8.5
脈沖頻率Hz		200		200	200		200
峰值電壓A		32		34	36		35
基值電流A		100/100		100/100	100/100		100/100
脈沖波形		2		2	2		2
脈沖寬度ms		1.90		1.90	2.25		2.25
脈沖模式		U/I		U/I	U/I		U/I
氣體流量l/min		25		25	25		25
焊接速度mm/min		1000
擺動(dòng)頻率Hz					20
擺動(dòng)幅度mm					5
駐留時(shí)間s					0.2
焊縫寬度mm		反面6-8			正面21-24
備注：焊機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)置: 1.TANDEM脈沖MAG焊工藝,控制方式U/I, 材料合金鋼,焊絲直徑Φ1.6mm,保護(hù)氣體 80%Ar+20%CO2. 主電源Master-alternate ,從電源Slave-mode,相位差50%;無飛濺起弧SPAZ; 2.提前送氣0.3,滯后送氣0.8; 3.預(yù)送絲速度3.5m/min; 4起弧: 起弧時(shí)間0.5/0.5s,上升時(shí)間0.3/0.3,送絲速度4.8/4.5,脈沖頻率120/100,基值電流80/80; 5.收弧: 收弧時(shí)間1.0/1.0,下降時(shí)間0.3/0.3,送絲速度4.0/3.5,脈沖頻率80/80,基值電流60/60; 6回?zé)?30%.