大管45°固定CO2焊氣保焊焊縫成形與內(nèi)部質(zhì)量保證的工藝研究

（武昌船舶重工有限責(zé)任公司，湖北武漢430060）

0 前言

大管（如 φ159×8對(duì)接 45°）固定[1]CO2氣保焊（藥芯焊絲）項(xiàng)目是目前各級(jí)焊接技能競(jìng)賽的必選項(xiàng)目之一。項(xiàng)目技術(shù)性強(qiáng)、難度大，實(shí)訓(xùn)時(shí)投入了大量精力。本研究采用3種焊接手法，研究出一套行之有效的方法。

1 連弧焊打底

1.1 連弧焊打底的焊接工藝參數(shù)

打底采用連弧焊[2]時(shí)的焊接工藝參數(shù)見表1。

1.2 連弧焊打底焊接要點(diǎn)

（1）定位焊采用單面焊雙面成型方法操作。定位焊作為焊縫的一部分，為保證焊縫內(nèi)部質(zhì)量，定位焊縫不能有氣孔、夾渣、未焊透等缺陷。

（2）管子分為2個(gè)半圈由下向上焊接，起焊點(diǎn)要超過6點(diǎn)位置約10 mm。

（3）先焊左半部，后焊右半部，在右半部焊接時(shí)將接頭處用鑿子清理成斜凹槽，這樣既可清除前半圈起弧存在的缺陷，又利于接頭反面成形光順過渡。

1.3 外觀檢查

（1）管子內(nèi)壁成形缺陷：上部12點(diǎn)處凸出太多，余高超高4~5 mm（見圖1a）；下部有1.5 mm內(nèi)凹（見圖1b）。

表1 連弧焊打底的焊接工藝參數(shù)

圖1 連弧焊打底的內(nèi)壁成型缺陷

（2）管子外壁成形缺陷：外壁焊縫中間凸起，焊縫兩邊有溝槽（見圖2）。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

管子內(nèi)壁下部?jī)?nèi)凹主要是液態(tài)金屬下墜造成。12點(diǎn)處凸出太多是因?yàn)檫B弧焊時(shí)從6點(diǎn)一直焊到12點(diǎn)，使12點(diǎn)處溫度集中，造成焊縫液態(tài)金屬下陷。

管子外壁焊道呈中間凸起、兩邊深槽的主要原因是：施焊時(shí)擔(dān)心內(nèi)壁焊不透，電弧燃燒點(diǎn)始終控制在焊縫中間，雖然略有擺動(dòng)，但在兩側(cè)的停留時(shí)間不夠。

圖2 連弧焊打底焊縫坡口中間凸起，兩邊有溝槽

內(nèi)壁成形下部?jī)?nèi)凹、上部凸出會(huì)影響內(nèi)壁外觀評(píng)分。如果采用熄弧焊，可以改善溫度集聚問題從而解決內(nèi)壁缺陷；外壁成形呈現(xiàn)中間凸起兩邊起溝槽，蓋面后兩邊溝槽定會(huì)出現(xiàn)夾渣條狀缺陷影響射線，蓋面還會(huì)出現(xiàn)焊縫超高現(xiàn)象。因此打底不宜采用連弧焊。

2 單點(diǎn)熄弧焊打底

2.1 單點(diǎn)熄弧焊打底的焊接工藝參數(shù)

打底采用單點(diǎn)熄弧焊[3]時(shí)的焊接工藝參數(shù)如表2所示。

表2 單點(diǎn)熄弧焊打底的焊接工藝參數(shù)

2.2 單點(diǎn)熄弧焊打底焊接要點(diǎn)

（1）先焊右半部再焊左半部。（2）果斷起弧，焊絲從上坡口到下坡口，焊縫中間停留時(shí)間不得過長(zhǎng)，然后果斷熄弧，重復(fù)完成。（3）后半部收弧之前，剩下一小圓孔時(shí)應(yīng)連續(xù)焊過小圓孔，否則12點(diǎn)鐘位置反面成形會(huì)出現(xiàn)收弧弧坑，影響焊縫反面成形。

2.3 外觀檢查

（1）管子內(nèi)壁：高低一致、寬窄一致，基本解決了上部焊縫金屬凸出、下部?jī)?nèi)凹問題，但出現(xiàn)了新的缺陷——縮孔（見圖3）。（2）管子外壁：仍然不太理想，還是中間凸出，兩邊有溝槽。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖3 單點(diǎn)熄弧焊打底焊縫中的縮孔

縮孔是焊接過程中突然斷弧，弧坑中液態(tài)金屬急速冷卻形成的。正常的解決方法是斷弧后再引弧燃燒時(shí)將電弧的燃燒點(diǎn)移至熔池前端，并適當(dāng)壓緊電弧，熔掉縮孔，形成新的熔孔再將電弧后移，填滿弧坑，然后正常向前焊接。但按這種方法施焊管壁外部中間將會(huì)更加凸出，對(duì)蓋面成形造成更大困難。

3 雙點(diǎn)熄弧焊

3.1 雙點(diǎn)熄弧焊焊接工藝

雙點(diǎn)熄弧焊即坡口兩邊熄弧法：上坡口起一次弧，熄一次弧，下坡口起一次弧熄一次弧，焊縫中間快速過渡。焊接工藝參數(shù)與單點(diǎn)熄弧焊一致。

3.2 雙點(diǎn)熄弧焊打底焊接要點(diǎn)

（1）打底焊分4次完成，首先從6點(diǎn)的右邊焊到3點(diǎn)處，從3點(diǎn)處焊到12點(diǎn)處，再從6點(diǎn)的左邊焊到9點(diǎn)處，從9點(diǎn)處焊到12點(diǎn)處完成打底焊。

（2）兩次熄弧方法是先在下節(jié)管坡口起弧、熄弧，然后在上節(jié)管坡口起弧、熄弧，在熄弧的同時(shí)可將燃燒點(diǎn)向間隙回焊一下。

（3）焊接過程中焊絲的燃燒點(diǎn)除6點(diǎn)外都應(yīng)在坡口根部。其他部位的燃燒點(diǎn)都應(yīng)在距離坡口根部2 mm處。

3.3 外觀檢查

采用雙點(diǎn)熄弧焊操作方法，管內(nèi)壁成形良好，有效解決了上部凸出、下部?jī)?nèi)凹問題，又消除了縮孔（見圖4）。管外壁也成形良好，解決了焊縫中間凸出、兩邊深槽問題（見圖5）。

圖4 雙點(diǎn)熄弧焊內(nèi)壁成形

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

打底焊采用采用雙點(diǎn)熄弧法，選用正確的工藝參數(shù)和合理的焊接手法，能夠較好地控制內(nèi)部焊縫成形，并能保證第一道打底管外壁焊道十分平整，焊道中間還稍低于兩邊，這樣的焊道成型對(duì)蓋面十分有利，對(duì)控制焊道高度、寬度、咬口都提供了良好的條件，更重要的是消除了兩邊溝槽，減少了層間熔合不良而造成的缺陷。

4 3種方法打底后的蓋面焊接及檢驗(yàn)

4.1 蓋面焊接

圖5 雙點(diǎn)熄弧焊外壁成形

將3種方法打底后的試樣編組：連續(xù)焊打底的試樣為A組，單點(diǎn)熄弧焊打底的試樣為B組，雙點(diǎn)熄弧焊打底的試樣為C組。采用CO2氣保護(hù)焊、用相同的焊接參數(shù)和焊接手法分組蓋面。每種打底方法各焊2組試件。

4.2 蓋面后試樣的無損檢驗(yàn)

（1）外觀檢查。3組管按競(jìng)賽標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，A組與B組焊縫全部超高，并且有較嚴(yán)重的咬口現(xiàn)象，特別是A組內(nèi)壁上部凸起超過，下部有內(nèi)凹。C組檢驗(yàn)項(xiàng)目均符合競(jìng)賽標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）射線探傷檢測(cè)。

對(duì)采用3種打底方式焊好的管對(duì)接接頭進(jìn)行射線探傷[4]。探傷結(jié)果為：A組試樣全部有條狀缺陷和大于0.5 mm的點(diǎn)狀缺陷；B組試樣底片中3張有兩邊條狀缺陷，5張有大于0.5 mm的點(diǎn)狀缺陷；C組實(shí)驗(yàn)的2張底片有少許小于0.5 mm的點(diǎn)狀缺陷，無條狀缺陷，6張無缺陷。

5 結(jié)論

（1）外觀檢驗(yàn)和射線探傷表明，雙點(diǎn)熄弧焊打底工藝可獲得焊縫最佳外部成形和內(nèi)部質(zhì)量。

（2）3種打底焊接操作手法對(duì)應(yīng)3種焊縫成形，焊縫的外觀成形與焊縫的內(nèi)部質(zhì)量緊密相關(guān)的，外觀成形直接影響了焊縫的內(nèi)部質(zhì)量。

（3）本試驗(yàn)為焊接培訓(xùn)和教學(xué)工作積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]劉云龍.焊工技師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2]余承輝.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊操作技術(shù)[M].安徽：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2008.

[3]邱言龍.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊快速入門[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2011.

[4]中國就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心.焊工[M].北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2011.