一种扩口式X型坡口焊接接头及工艺方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体地说涉及一种扩口式X型坡口焊接接头及工艺方法。

背景技术

高速动车组车钩安装座采用铝合金材质，由于其承载强度高，车钩安装座组焊后焊接质量要求高，须进行内部探伤(超声波探伤与射线探伤)。目前接头通常采用I型接头，配合搅拌摩擦焊进行焊接。受限于搅拌摩擦焊设备生产能力，逐步开始采用MIG自动焊工艺替代，焊接接头相应转换为X型接头。然而，在现车生产中为了保证X型接头焊缝焊接质量，反面焊接前，工艺上常采用清根的方法消除根部缺陷，但存在清根步骤较繁琐、清根角度改变大、角度修整效率低、焊缝内部缺陷多等诸多问题。

申请号为CN201410587645.X的专利公开了一种中厚板X型坡口不清根焊接工艺，该工艺主要采用背面不清根的情况下使用埋弧焊进行焊接，其中中厚板X型坡口不清根焊接工艺步骤包括：A、焊前切割及装配；B、正面打底焊；C、正面小电流埋弧焊；D、背面焊接；E、剩余填充与盖面焊道。上述发明的技术方案中厚板X型坡口不清根焊接工艺方法适合于焊接10mm以上的焊缝，对坡口的质量、装配间隙、错边量、表面粗糙度的差异变化不敏感，不适用于扩口式X型坡口焊接接头。

有鉴于此特提出本申请。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，本发明的第一目的在于提供一种扩口式X型坡口焊接接头；

本发明的第二目的在于提供一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法，解决了清根步骤较繁琐、清根角度改变大、角度修整效率低、焊缝内部缺陷多等诸多问题。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法；所述工艺方法包括接头设计、接头组装、正面坡口与反面坡口焊接；其中，接头设计的方法包括：

以板厚中心线为清根终止线位置设计所述正面坡口与所述反面坡口；

根据清根深度大小，确定所述反面坡口清根起始线位置；

根据所述清根起始线位置和预设坡口角度修正所述正面坡口形状；

根据所述清根终止线位置和预设坡口角度修正所述反面坡口形状。

采用上述方案，以板厚中心线为清根终止线位置8，可以根据清根深度和预设坡口角度提前将反面坡口上部宽度扩宽，以便与清根后坡口底部连接后单侧坡口角度维持35°不变，消除清根作业对坡口角度的影响，提高焊接质量；同时，以板厚中心线为清根终止线位置8能确保清根后正反面坡口形状呈对称结构，有利于减少焊接变形；坡口宽度增加，目的是防止反面清根后坡口角度发生改变，确保坡口角度满足ISO9692-3标准要求以及通过坡口首次加工将无效的母材切割区域通过加工去除，减少清根作业量。

进一步的，接头设计的方法还包括：

所述反面坡口根据所述清根起始线位置设置平台，便于稳定笔形铣刀清根作业；

设计钝边，以所述反面坡口清根起始线位置向所述正面坡口方向设计钝边厚度。

采用上述方案，设计钝边是防止自动焊出现焊穿问题。反面坡口设置局部平台，平台中部设置开口便于稳定笔形铣刀清根作业。

进一步的，在接头设计之后工艺方法还包括接头组装；接头组装的方法包括：

采用上坡焊组装；

组装后进行定位焊接固定；

在所述反面坡口侧增加不锈钢临时衬垫。

采用上述方案，采用上坡焊，即收弧端增加12mm垫板，避免熔池中的金属流淌到电弧前方，导致熔合不良。

进一步的，在接头组装之后工艺方法还包括正面坡口与反面坡口焊接；正面坡口与反面坡口焊接的方法包括：

所述正面坡口焊接使用MIG自动焊接进行所述正面坡口第一层、所述正面坡口第二层的焊接；

所述反面坡口清根处理。

进一步的，所述正面坡口第二层填充焊焊接时增加摆动，摆宽设置不超过所述正面坡口第一层打底焊焊缝宽度；

在焊缝两侧设置摆动停顿时间。

进一步的，所述反面坡口清根处理为按照设定清根深度，使用笔型铣刀从接头平台中部开口处向两侧进行清根；清根处理过程中对清根深度进行检测以确保清根深度在合理的范围内，消除清根对坡口角度的影响。

采用上述方案，按照设定清根深度，确保深度不超过3mm，在清根处理过程中对清根深度进行检测可以很好的控制清根深度在合理的范围内。

进一步的，在所述反面坡口清根处理之后进行所述反面坡口焊接；

所述反面坡口焊接使用MIG自动焊接进行所述反面坡口第一层、所述反面坡口第二层的焊接；

所述反面坡口焊接后其余层按照所述正面坡口与所述反面坡口依次交替的顺序进行焊接。

采用上述方案，其余层焊接顺序按照所述正面坡口与所述反面坡口依次交替的顺序进行焊接，以减少焊后变形量。

进一步的，所述反面坡口第二层填充焊焊接时增加摆动，摆宽设置不超过所述反面坡口第一层打底焊焊缝宽度；

在焊缝两侧设置摆动停顿时间。

本发明还提供一种扩口式X型坡口焊接接头；所述接头包括成对称结构的正面坡口和反面坡口；以所述反面坡口清根起始线位置向所述正面坡口方向设置有钝边；所述反面坡口局部设置有平台；所述平台设置有开口，便于清根作业。

采用上述方案，正面坡口和反面坡口形状呈对称结构，有利于减少焊接变形；反面坡口局部设置平台，平台中部设置开口便于稳定笔形铣刀清根作业。

进一步的，所述正面坡口的焊接深度h1＝t/2+x-c/2；所述反面坡口的焊接深度h2＝t/2-x+c/2；其中，t为板厚、x为清根深度、c为钝边厚度。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明通过设计的一种扩口式X型坡口焊接接头及工艺方法，具有清根步骤少、清根后角度不发生改变、焊缝内部缺陷少、角度修整效率高的优点，显著提高了焊接质量与焊接作业效率。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头中正面坡口与反面坡口结构示意图；

图2是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头中板厚、清根深度、钝边厚度标注图；

图3是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头中清根起始线位置与清根终止线位置标注图；

图4是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头中衬垫安装位置示意图；

图5是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头中平台与开口位置示意图；

图6是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头中反面坡口清根处理前示意图；

图7是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头中反面坡口清根处理后效果示意图；

图8是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法逻辑示意图；

图9是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法中接头设计逻辑示意图；

图10是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法中接头组装逻辑示意图；

图11是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法中正面坡口焊接逻辑示意图；

图12是本发明一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法中反面坡口焊接逻辑示意图。

图中：1、正面坡口；2、反面坡口；3、钝边；4、平台；5、开口；6、衬垫；7、清根起始线位置；8、清根终止线位置。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2、图3和图5所示，作为一种实施方式，本发明提供一种扩口式X型坡口焊接接头；接头包括成对称结构的正面坡口1和反面坡口2；以反面坡口2清根起始线位置7向正面坡口1方向设置有钝边3；反面坡口2局部设置有平台4；平台4设置有开口5，便于清根作业。

根据清根深度和预设坡口角度提前将反面坡口上部宽度扩宽，以便与清根后坡口底部连接后单侧坡口角度维持35°不变；增加钝边是防止自动焊出现焊穿问题。反面坡口设置局部平台，平台中部设置开口便于稳定笔形铣刀清根作业。

相对常规X型接头，坡口宽度增加，目的是防止反面清根后坡口角度发生改变确保坡口角度满足ISO9692-3标准要求以及通过坡口首次加工将无效的母材切割区域通过加工去除，减少清根作业量；

设置钝边3是防止自动焊出现焊穿问题。反面坡口2局部设置平台4，平台4中部设置开口5便于稳定笔形铣刀清根作业；

平台4高度不宜过大，过大会增加清根作业量，平台4高度可设置范围为1mm-3mm，优选设置为2mm；可以保证正面坡口1打底焊缝成型的同时尽可能的减少清根作业量。

其中，正面坡口1的焊接深度h1＝t/2+x-c/2；反面坡口2的焊接深度h2＝t/2-x+c/2；其中，t为板厚、x为清根深度、c为钝边厚度。

如图3、图4、图8、图9、图10和图11所示，作为另一种实施方式，本发明提供一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法；工艺方法包括接头设计、接头组装、正面坡口1与反面坡口2焊接；其中，接头设计的方法包括：

以板厚中心线为清根终止线位置8设计正面坡口1与反面坡口2；

根据清根深度大小，确定反面坡口2清根起始线位置7；

根据清根起始线位置7和预设坡口角度修正正面坡口1形状；

根据清根终止线位置8和预设坡口角度修正反面坡口2形状；

反面坡口2根据清根起始线位置7设置平台，平台高度2mm，便于稳定笔形铣刀清根作业。

设计钝边3，以反面坡口2清根起始线位置7向正面坡口1方向设计钝边厚度；

通过以板厚中心线为清根终止线位置8，可以根据清根深度和预设坡口角度提前将反面坡口上部宽度扩宽，以便与清根后坡口底部连接后单侧坡口角度维持35°不变，消除清根作业对坡口角度的影响，提高焊接质量；同时，以板厚中心线为清根终止线位置8能确保清根后正反面坡口形状呈对称结构，有利于减少焊接变形；坡口宽度增加，目的是防止反面清根后坡口角度发生改变确保坡口角度满足ISO9692-3标准要求以及通过坡口首次加工将无效的母材切割区域通过加工去除，减少清根作业量。设计钝边是防止自动焊出现焊穿问题。反面坡口设置局部平台，平台中部设置开口便于稳定笔形铣刀清根作业。

在接头设计之后工艺方法还包括接头组装；接头组装的方法包括：

采用上坡焊组装；

组装后进行定位焊接固定；

在反面坡口2侧增加不锈钢临时衬垫6。

采用上坡焊，即收弧端增加12mm垫板，避免熔池中的金属流淌到电弧前方，导致熔合不良；

组装间隙为2mm为宜，目的是保证熔透；

反面坡口2增加临时衬垫6；临时衬垫6的厚度等于清根起始线位置7到反面坡口2表面的距离。

在接头组装之后工艺方法还包括正面坡口1与反面坡口2焊接；正面坡口1与反面坡口2焊接的方法包括：

正面坡口1焊接使用MIG自动焊接进行正面坡口1第一层、正面坡口1第二层的焊接；

反面坡口2清根处理。

其中，正面坡口1第二层填充焊焊接时增加摆动，摆宽设置不超过正面坡口1第一层打底焊焊缝宽度；

在焊缝两侧设置摆动停顿时间，增加侧壁熔深，减少侧壁未熔合缺陷产生；

反面坡口2清根处理，清根深度控制在3mm以内；

术语“MIG自动焊接”是指惰性气体将焊接部分被覆，促使电弧稳定及防止焊接质量变化，利用电弧热熔融焊接部分的金属，并送人焊条使焊缝连接的焊接方法，一般又称半自动焊、被覆气体电弧焊或二氧化碳电弧焊等。

如图3、图4、图8、图9、图10和图11所示，作为一种实施方式，本发明提供一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法；工艺方法包括接头设计、接头组装、正面坡口1与反面坡口2焊接；其中，接头设计的方法包括：

以板厚中心线为清根终止线位置8设计正面坡口1与反面坡口2；

根据清根深度大小，确定反面坡口2清根起始线位置7；

根据清根起始线位置7和预设坡口角度修正正面坡口1形状；

根据清根终止线位置8和预设坡口角度修正反面坡口2形状；

反面坡口2根据清根起始线位置7设置平台，平台高度2mm，便于稳定笔形铣刀清根作业。

设计钝边3，以反面坡口2清根起始线位置7向正面坡口1方向设计钝边厚度；

通过以板厚中心线为清根终止线位置8，可以根据清根深度和预设坡口角度提前将反面坡口上部宽度扩宽，以便与清根后坡口底部连接后单侧坡口角度维持35°不变，消除清根作业对坡口角度的影响，提高焊接质量；同时，以板厚中心线为清根终止线位置8能确保清根后正反面坡口形状呈对称结构，有利于减少焊接变形；坡口宽度增加，目的是防止反面清根后坡口角度发生改变确保坡口角度满足ISO9692-3标准要求以及通过坡口首次加工将无效的母材切割区域通过加工去除，减少清根作业量。设计钝边是防止自动焊出现焊穿问题。反面坡口设置局部平台，平台中部设置开口便于稳定笔形铣刀清根作业。

在接头设计之后工艺方法还包括接头组装；接头组装的方法包括：

采用上坡焊组装；

组装后进行定位焊接固定；

在反面坡口2侧增加不锈钢临时衬垫6。

采用上坡焊，即收弧端增加12mm垫板，避免熔池中的金属流淌到电弧前方，导致熔合不良；

组装间隙为2mm为宜，目的是保证熔透；

反面坡口2增加临时衬垫6；临时衬垫6的厚度等于清根起始线位置7到反面坡口2表面的距离。

在接头组装之后工艺方法还包括正面坡口1与反面坡口2焊接；正面坡口1与反面坡口2焊接的方法包括：

正面坡口1焊接使用MIG自动焊接进行正面坡口1第一层、正面坡口1第二层的焊接；

反面坡口2清根处理。

其中，反面坡口2清根处理为按照设定清根深度，使用笔型铣刀从接头平台4中部开口5处向两侧进行清根；清根处理过程中对清根深度进行检测以确保清根深度在合理的范围内，消除清根对坡口角度的影响。

按照设定清根深度，确保深度不超过3mm，在清根处理过程中对清根深度进行检测可以很好的控制清根深度在合理的范围内。

如图3、图4、图8、图9、图10、图11和图12所示，作为一种实施方式，本发明提供一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法；工艺方法包括接头设计、接头组装、正面坡口1与反面坡口2焊接；其中，接头设计的方法包括：

以板厚中心线为清根终止线位置8设计正面坡口1与反面坡口2；

根据清根深度大小，确定反面坡口2清根起始线位置7；

根据清根起始线位置7和预设坡口角度修正正面坡口1形状；

根据清根终止线位置8和预设坡口角度修正反面坡口2形状；

反面坡口2根据清根起始线位置7设置平台，平台高度2mm，便于稳定笔形铣刀清根作业。

设计钝边3，以反面坡口2清根起始线位置7向正面坡口1方向设计钝边厚度；

通过以板厚中心线为清根终止线位置8，可以根据清根深度和预设坡口角度提前将反面坡口上部宽度扩宽，以便与清根后坡口底部连接后单侧坡口角度维持35°不变，消除清根作业对坡口角度的影响，提高焊接质量；同时，以板厚中心线为清根终止线位置8能确保清根后正反面坡口形状呈对称结构，有利于减少焊接变形；坡口宽度增加，目的是防止反面清根后坡口角度发生改变确保坡口角度满足ISO9692-3标准要求以及通过坡口首次加工将无效的母材切割区域通过加工去除，减少清根作业量。设计钝边是防止自动焊出现焊穿问题。反面坡口设置局部平台，平台中部设置开口便于稳定笔形铣刀清根作业。

在接头设计之后工艺方法还包括接头组装；接头组装的方法包括：

采用上坡焊组装；

组装后进行定位焊接固定；

在反面坡口2侧增加不锈钢临时衬垫6。

采用上坡焊，即收弧端增加12mm垫板，避免熔池中的金属流淌到电弧前方，导致熔合不良；

组装间隙为2mm为宜，目的是保证熔透；

反面坡口2增加临时衬垫6；临时衬垫6的厚度等于清根起始线位置7到反面坡口2表面的距离。

在接头组装之后工艺方法还包括正面坡口1与反面坡口2焊接；正面坡口1与反面坡口2焊接的方法包括：

正面坡口1焊接使用MIG自动焊接进行正面坡口1第一层、正面坡口1第二层的焊接；

反面坡口2清根处理。

在反面坡口2清根处理之后进行反面坡口2焊接；

反面坡口2焊接使用MIG自动焊接进行反面坡口2第一层、反面坡口2第二层的焊接。

其中，反面坡口2第二层填充焊焊接时增加摆动，摆宽设置不超过反面坡口2第一层打底焊焊缝宽度；

在焊缝两侧设置摆动停顿时间，增加侧壁熔深，减少侧壁未熔合缺陷产生；

反面坡口2清根处理，清根深度控制在3mm以内；

术语“MIG自动焊接”是指惰性气体将焊接部分被覆，促使电弧稳定及防止焊接质量变化，利用电弧热熔融焊接部分的金属，并送人焊条使焊缝连接的焊接方法，一般又称半自动焊、被覆气体电弧焊或二氧化碳电弧焊等。

如图3、图4、图8、图9、图10、图11和图12所示，作为一种实施方式，本发明提供一种扩口式X型坡口焊接接头的工艺方法；工艺方法包括接头设计、接头组装、正面坡口1与反面坡口2焊接；其中，接头设计的方法包括：

以板厚中心线为清根终止线位置8设计正面坡口1与反面坡口2；

根据清根深度大小，确定反面坡口2清根起始线位置7；

根据清根起始线位置7和预设坡口角度修正正面坡口1形状；

根据清根终止线位置8和预设坡口角度修正反面坡口2形状；

反面坡口2根据清根起始线位置7设置平台，平台高度2mm，便于稳定笔形铣刀清根作业。

设计钝边3，以反面坡口2清根起始线位置7向正面坡口1方向设计钝边厚度；

通过以板厚中心线为清根终止线位置8，可以根据清根深度和预设坡口角度提前将反面坡口上部宽度扩宽，以便与清根后坡口底部连接后单侧坡口角度维持35°不变，消除清根作业对坡口角度的影响，提高焊接质量；同时，以板厚中心线为清根终止线位置8能确保清根后正反面坡口形状呈对称结构，有利于减少焊接变形；坡口宽度增加，目的是防止反面清根后坡口角度发生改变确保坡口角度满足ISO9692-3标准要求以及通过坡口首次加工将无效的母材切割区域通过加工去除，减少清根作业量。设计钝边是防止自动焊出现焊穿问题。反面坡口设置局部平台，平台中部设置开口便于稳定笔形铣刀清根作业。

在接头设计之后工艺方法还包括接头组装；接头组装的方法包括：

采用上坡焊组装；

组装后进行定位焊接固定；

在反面坡口2侧增加不锈钢临时衬垫6。

采用上坡焊，即收弧端增加12mm垫板，避免熔池中的金属流淌到电弧前方，导致熔合不良；

组装间隙为2mm为宜，目的是保证熔透；

反面坡口2增加临时衬垫6；临时衬垫6的厚度等于清根起始线位置7到反面坡口2表面的距离。

在接头组装之后工艺方法还包括正面坡口1与反面坡口2焊接；正面坡口1与反面坡口2焊接的方法包括：

正面坡口1焊接使用MIG自动焊接进行正面坡口1第一层、正面坡口1第二层的焊接；

反面坡口2清根处理。

在反面坡口2清根处理之后进行反面坡口2焊接；

反面坡口2焊接使用MIG自动焊接进行反面坡口2第一层、反面坡口2第二层的焊接。

反面坡口2焊接后其余层按照正面坡口1与反面坡口2依次交替的顺序进行焊接；

正面坡口1与反面坡口2均进行三层四道焊接。

其中，其余层焊接顺序按照正面坡口与反面坡口依次交替的顺序进行焊接，以减少焊后变形量。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。