CSTM-双丝气电立焊工艺规范编制说明

ＣＳＴＭ标准《双丝气电立焊工艺规范》编制说明1、工作简要过程，来源、主要参加单位和工作组成员等；1.1前言船舶行业集装箱船存在大厚板的立对接焊缝，常规的立对接焊缝采用手工半自动焊或单丝气电立焊进行焊接，如采用手工半自动焊需进行多层多道焊焊接，焊接效率低且焊接质量不易控；采用单丝气电立焊则一般无法焊接40mm及以上的厚板，否则易出现背面未焊透情况。因此开发超高效率的双丝气电立焊，可有效的提升大厚板的焊接效率及质量。当前相对于气电立焊的焊接，国内有船舶行业标准CB/T3947《气电自动立焊工艺要求》，但针对双丝气电立焊无相关的标准。本项目制定双丝气电立焊的标准，填补现有标准的不足，针对船舶、钢结构等行业存在的厚板焊接，提升焊接效率及质量。1.2任务来源中国材料与试验团体标准化委员会（以下简称：CSTM标准委员会）综合标准标准化领域委员会于2022年7月14日召开立项评估会审查，批准CSTM标准《双丝气电立焊工艺规范》立项，标准项目归口管理委员会为CSTM/FC99综合标准标准化领域委员会，该标准（中文版）立项编号为CSTMLX990001103—2022，标准（英文版）立项编号为CSTMLX990001103—2022E。1.3工作简要过程2022年7月14日，中关村材料试验技术联盟在北京主持召开了本标准编制组成立及立项审议。参编单位的xx名代表参加了会议。编制组成立大会上，标准主编单位介绍了制标任务的来源、标准编制工作的大纲及前期进行的实验工作，介绍了标准编制的背景和编制原则，提出了编制工作需要细化的技术指标、参数，需明确覆盖的材质、板厚范围等。列出了标准的主要章节目录和必要的测试项目，最后给出了标准编制工作计划的进度及分工。2022年8月15日，在国际有限公司召开本标准编制工作组第二次讨论会。会议期间，全体编制组成员对双丝气电立焊的工艺要点、工艺参数等进行了讨论，并形成统一意见，并形成了标准的初稿。1.4主要参加单位及成员共6家单位参加标准制定工作，本标准负责起草单位：广船国际有限公司、江南造船（集团）有限公司、沪东中华造船（集团）有限公司、上海外高桥造船有限公司、招商局重工（江苏）有限公司。表1本标准起草人及分工信息序号姓名单位职务/职称在本标准中承担的工作1江泽新广船国际主任/高级工程师主编，负责标准全部编制工作2陈华主管工艺师/工程师负责焊接试验及标准中数据的整理及核对，参与标准全部编制工作及条文编写3马金军副主任/高工负责标准中工艺要点进行核对，参与标准全部编制工作及条文编写4夏皓春江南造船高级工程师参与标准全部编制工作及条文编写5刘磊沪东中华主任/高级工程师参与标准全部编制工作及条文编写6廖平华上海外高桥造船有限公司高级工程师参与标准全部编制工作及条文编写7伍道亮招商重工主任/高级工程师参与标准全部编制工作及条文编写2、标准化对象简要情况及制修订标准的原则。（1）标准化对象简要情况试验方法的水平及使用情况，试验设备及仪器情况等：双丝气电立焊工艺属于超高效率、超大线能量焊接方法，在日、韩船舶行业已有成熟的应用，但在国内处于试验研究尾声及初步应用阶段。工艺所用的设备主要为日本的神钢设备，国内也研究机构及厂家也初步进行设备的开发及制造。工艺主要所用的焊丝有神钢及现代的焊丝，国内院校已逐步进行大新能量焊丝的研发；工艺使用的大线能量钢板，目前国内已有多家钢厂研发成功及投产量产，并得到了第三方船级社的大线能量性能认可。（2）制修订标准的原则①制修订标准的依据或理由；本项目制定的双丝气电立焊标准，主要根据相关的船级社规范及前期的工艺试验研究，以及相关的试验数据。主要目的是填补现有标准的不足，针对船舶、钢结构等行业存在的厚板焊接，规范双丝气电立焊的操作及应用，提高厚板焊接的效率和质量。②制修订标准的原则。1、符合国家相关的政策及标准；2、满足相关船级社的规范要求；3、以试验数据及认可的工艺评定报告为编制基础；4、技术先进、经济合理。3、相关标准参数对比表方法标准与相关国际＼国外＼国家＼行业＼地方＼团体标准主要参数对比表标准号本标准CB/T3947标准名称双丝气电立焊工艺规范气电自动立焊工艺要求范围厚度40~85mm板厚不超过32mm设备双丝气电立焊设备单丝气电立焊设备焊丝双丝单丝焊丝干伸长25~35mm25~35mm坡口形式V型坡口V型坡口坡口角度18~30°25~55°坡口间隙5~10mm4~9mm焊丝间距5~30mm无焊丝摆动宽度5~30mm5~17mm焊接电流330~380A360~460A焊接电压35~48V33~39V4、标准主要内容（包括牌号、成分、性能指标、型号、各种参数、公式、试验方法、检验规则等）确定的论据（包括试验、验证、统计数据等），修订标准时，应列有新旧标准的对比分析。范围本文件规定了双丝气电立焊工艺方法的人员、坡口设计、焊接材料、焊接前准备、工艺过程、焊后检验及修补。本文件适用于厚板（40mm~85mm）立对接焊缝立向上焊接。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。CB/T3947气电自动立焊工艺要求CB/T3715陶质焊接衬垫GB/T6052工业液体二氧化碳CB/T3802船体焊缝表面质量检验术语和定义双丝垂直气电自动焊采用两根1.6mm药芯焊丝，用CO2气体作保护，并对焊接熔池强制一次成型来完成的自动立向上焊接方法。焊缝的前后面分别用水冷铜滑块和带有凹槽的衬垫（陶瓷衬垫或水冷铜衬垫），以保持熔池稳定和成型良好，焊接示意图见图1。图1焊接示意图仪器和设备双丝气电立焊设备由焊接小车、磁性导轨、操作控制箱、摆动装置、焊枪以及水冷铜滑块等组成，同时配置MIG/MAG焊焊接电源、送丝机构、冷却水循环装置以及保护气体供气装置等。人员装配工严格按工艺要求装配，保证坡口的装配精度及间隙。焊工焊工应取得船级社或第三方检验机构CO2气体保护焊焊工证，并通过双丝气电自动立焊的培训及考核，取得相应资格的上岗证，能熟练掌握焊机的操作。焊接材料焊丝采用专用的CO2药芯焊丝，并经过船级社或其他认证机构的认可，注意区分前后丝；衬垫采用专用的陶瓷衬垫，经过船级社或其他认证机构的认可，并应满足CB/T3715的要求。也可采用水冷铜衬垫。保护气体应选用纯度大于99.5%、水分含量小于0.05%的CO2气体，并应满足GB/T6052的要求。装配要求装配卡码垂直接缝装配时，应在坡口背面装上“Π”形码，“Π”形码的凹槽中心线在安装时必须与坡口中心对正，“Π”形码之间的距离值为300mm～350mm。每只衬垫至少有两只“Π”形装配马固定，具体码板尺寸见图2。单位为毫米图2卡码规格尺寸接头安装错边量不应超过1.5mm，安装轨道一侧的板面局部波浪变形不平度在0.5m范围内不应超过2mm，如有超差必须校平。坡口正反面两侧各30mm范围内表面不得存在马脚、横向焊缝余高及飞溅等影响铜滑块移动的杂物，并且焊接部位必须清理干净。在焊缝的左侧或右侧700mm内和垂直于焊缝所在板面450mm内不能有阻碍焊接小车行走的棚架、码板等阻碍物。板缝终端必须安装与母材相同厚度及坡口的熄弧板，其规格尺寸至少为t×150mm×150mm，焊缝在熄弧板上至少焊出50mm长度以上。坡口形式焊接坡口为单面V型坡口，坡口角度和根部间隙取决于板厚，坡口形式见下表1。表1坡口形式及尺寸接头种类板厚T，t坡口形状坡口角θ°装配间隙g钝边h同厚40≤t＜503060~150≤t≤8020880＜t≤8518不同厚T-t≤2按以上薄板（t）的坡口间隙以板厚t为准T-t＞2按以上薄板（t）的坡口a≥4b焊接前准备焊前对坡口面及坡口边缘两侧30mm内进行打磨，去除水份、油污、氧化皮等杂质；接通水、电、气，并确认水压、气体流量达到使用要求。冷却水压力一般调节为0.4MPa～0.6MPa。当环境温度低于0℃时，应在水箱中加入防冻液；安装导轨时，导轨应与坡口平行，导轨间用连接销连接牢固并确保无间隙。安装导轨前必须清除磁钢表面的灰尘、垃圾和污物。安装成形滑块至焊缝中心位置，要求滑块、通气口清洁，成形槽光滑，滑块顶紧适中。滑块槽宽以坡口面宽度为准进行选用，一般比坡口面宽度大4mm～6mm。衬垫装贴应对正坡口中心线，衬垫间应紧密相连，并利用装配码和背侧构件上的过焊孔作为支撑用小尖铁或尖木顶紧衬垫，使其紧贴钢板面。焊接工艺要求按图2调整焊枪的角度和位置：焊枪角度以保持焊丝垂直于水平面为准进行调节，一般与板面夹角a以10°为准，控制在8°~12°左右；焊丝的干伸长L以30mm为准，控制范围在25-35mm左右；调整焊枪高度，铜滑块上保护气体输出口下端比焊丝下端高出高度H控制在2-5mm；后丝与根部的距离A、两根丝之间的距离B以及前丝的摆动宽度C按焊缝厚度参见附录A；前丝摆动两端的停留时间按焊缝厚度参见附录A；图2焊枪角度及位置示意图CO2气体流量控制在25～30L/min；焊接参数根据焊缝的厚度参见附录A，焊接过程注意调整焊枪的对中和铜滑块的对中和压紧情况。在焊接过程中，根据实际坡口和间隙随时观察焊丝对中和焊缝热量分布情况，随时修正焊接参数。随时通过机械装置将电弧调整到正确位置，同时还要用绝缘棒随时除掉铜滑块保护气体盒里的飞溅物。同时视实际情况清理导电嘴出口处的飞溅物。焊接停止时，按停止按钮和摆动停止按钮，先使小车和焊丝送丝停止，后熄灭电弧。待熔池凝固后，放开铜滑块并去除上面的飞溅物，把焊炬从支架上取下。焊后检验及修补焊缝表面质量应符合CB/T3802要求。起弧位置、熄弧位置和中间起弧、熄弧及接头处均应用气刨刨清后修补，补焊长度约100mm左右。尤其背面焊穿处，先在正面碳刨约板厚2/3，用手工电弧焊或CO2气体保护焊焊接；反面再碳刨清除缺陷后，用手工电弧焊或CO2气体保护焊进行焊接。焊缝中各种缺陷，如咬边、气孔、未熔合、不成形等，用气刨清除缺陷后，再用手工电弧焊或CO2气体保护焊修补，修补方法按焊缝返修通用工艺规范进行。主要试验（或验证）结果的分析、综述报告、技术经济论证，预期的经济效果等。针对本标准制定前，开展了系列的双丝气电立焊试验，过程结合试验数据优化调整了大线能量钢板性能、坡口角度及间隙、焊丝位置等工艺，并开展了船级社的工艺评定试验，焊接接头的拉伸、弯曲、冲击、硬度等力学性能均满足规范要求，双丝气电立焊的焊接工艺过程（WPS）得到船级社的认可。同时开展了双丝气电立焊的应用质量效率及成本分析，在焊接效率、质量、预热、焊缝成型、减少焊缝返修、人工成本方面双丝气电立焊均有明显的优势，可有效的缩短厚板的建造周期及降低焊接建造成本。6、与有关的现行的方针、政策、法律、法规和强制性标准的关系。本标准与现行的法律、法规、强制性国家标准不存在矛盾和冲突的地方，是国内船舶行业标准CB/T3947《气电自动立焊工艺要求》的延伸，与GB/T38817-2020《大线能量焊接用钢》、《高热输入焊接船舶及海洋工程用钢》、船级社规范等标准一起形成大线能量焊接的标准体系，为超高效率的双丝气电立焊工艺应用及推广提供工艺支持及参考。对征求意见及重大分歧意见的处理经过和依据。本标准编制过程中尚未出现不能解决的重大分歧意见。标准水平建议，预期的社会经济效果。本工艺标准属于超大线能量自动化焊接，其效率及质量相比较手工焊提升较明显。同时需要配套大线能量焊接设备、焊丝及钢板，以确保焊接接头的性能。因此也带动了双丝气电立焊设备、双丝气电立焊焊丝及大线能量钢板方面国产化研究，形成一套设备、焊丝、钢板及工艺相互配合的体系。贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法等内容），根据国家经济、技术政策需要和该标准涉及的产品的技术改造难度等因素提出标准的实施日期的建议。尽早做好标准发布实施工作。标准颁布实施后，各有关部门应做好标准宣贯工作，使本标准在建设工程中充分发挥作用。9.1建议钢厂结合船舶、钢结构建造等行业需求，开发系列牌号板材的大