碳鋼板埋弧焊表面氣孔問題的分析及對(duì)策

姜明全 王樹偉 張南南

摘 要：針對(duì)埋弧焊焊接起重機(jī)主梁腹板與蓋板角接焊縫時(shí)產(chǎn)生氣孔影響產(chǎn)品質(zhì)量和工期的問題，從冶金、工藝因素分析與試驗(yàn)，結(jié)果表面，待焊區(qū)域表面鐵銹、水分以及油污對(duì)焊縫表面氣孔問題影響較大，其次是焊接參數(shù)和保護(hù)氛圍的影響，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整焊接工藝后，焊縫內(nèi)部及表面均沒有發(fā)現(xiàn)氣孔，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：埋弧焊 表面氣孔

1.前言

埋弧焊是目前廣泛使用的一種機(jī)械化焊接方法，與手工電弧焊相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）生產(chǎn)效率高。焊絲導(dǎo)電長度短，可以采用大電流和電流密度，使電弧的熔深能力和焊絲熔敷效率大大提高。（2）焊縫質(zhì)量高。熔渣能有效隔絕外界空氣，保護(hù)效果好，飛濺少，焊接過程平穩(wěn)。（3）勞動(dòng)條件好。埋弧焊為自動(dòng)焊方法，減輕了手工操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，且沒有弧光輻射。

我公司在生產(chǎn)起重機(jī)主梁的過程中，也大量使用了埋弧焊，但在操作和工藝不當(dāng)?shù)那闆r下，焊縫表面容易出現(xiàn)氣孔。氣孔不僅會(huì)削弱焊縫的有效工作界面，帶來應(yīng)力集中，而且也會(huì)顯著降低焊縫的強(qiáng)度和塑性。焊縫有氣孔時(shí)，通常要用碳弧氣刨清根后進(jìn)行補(bǔ)焊，這樣即影響工作進(jìn)度，又增加了材料和工時(shí)的消耗。因此，研究埋弧焊焊縫表面氣孔問題是很有必要的。

2.氣孔成因分析

起重機(jī)主梁腹板厚度8mm，蓋板厚度14mm，材質(zhì)Q235B，焊絲H10Mn2，直徑φ4mm，焊劑HJ404（牌號(hào)SJ101）。焊接時(shí)，采用單邊V型坡口，先用CO2氣體保護(hù)焊封底再用埋弧焊焊接，電流540A，電壓25.5V，速度48cm/min。主梁平躺在墊架上，焊絲與水平面成45°角（如圖2-1所示）。

通過對(duì)施焊過程跟蹤和焊接參數(shù)的分析，可能出現(xiàn)氣孔的原因主要有冶金因素和

工藝因素。

2.1鐵銹、水分、油污的影響

在焊接生產(chǎn)中，因準(zhǔn)備工作處理不當(dāng)，將鐵銹、水分、油污等帶入熔池，促使在焊縫中產(chǎn)生氣孔。

鐵銹主要成分為mFe2O3·nH2O，焊接時(shí)會(huì)析出大量的氧，增加氧化作用，促使生成CO2氣孔。

實(shí)際生產(chǎn)中，焊劑存放在焊機(jī)上方的漏斗中，反復(fù)使用，時(shí)間長了焊劑會(huì)從空氣中重新吸收水分，增加焊縫出現(xiàn)氫氣孔概率。

另外，焊件表面存在油污，一般為碳?xì)浠衔铮瑯訒?huì)促使焊縫形成氫氣孔（如圖2-2所示是未經(jīng)打磨過的焊縫）。

2.2焊接參數(shù)的影響

焊接熱輸入量小，熔池存在時(shí)間短，氣體來不及逸出，氣孔產(chǎn)生概率大。反之有利于氣體逸出，氣孔產(chǎn)生概率小。但實(shí)際生產(chǎn)中，加大電流會(huì)增加焊縫表面積，熔池氣體含量上升；同時(shí)隨著電流的增大，熔深和焊縫余高顯著增加，而焊縫寬度變化不大，氣體上浮困難，增加氣孔產(chǎn)生的幾率。

因此，要想提高焊接效率，應(yīng)在增加焊接電流的同時(shí)，適當(dāng)增加焊接電壓，以保證得到合適的焊縫形狀和質(zhì)量（如圖2-3所示是焊接速度較大時(shí)的焊縫）。

2.3保護(hù)氣氛的影響

焊接區(qū)內(nèi)的氣體主要來源于焊劑中的造氣劑、高價(jià)氧化物和水分、周圍空氣等。

造氣劑主要目的是隔絕焊縫與空氣。焊劑的顆粒大，透氣性好，焊縫金屬中含氮量較多，形成氣孔的幾率也較大，但焊劑的顆粒太小，熔渣的透氣性降低，氣體外逸阻力增大，促使焊縫表面容易產(chǎn)生氣孔（如圖2-4所示是焊劑顆粒較小時(shí)的焊縫）。另外，焊劑中水分較多時(shí)也會(huì)增加氣孔產(chǎn)生概率。

3.試驗(yàn)分析

3.1鐵銹、水分、油污對(duì)焊縫影響的試驗(yàn)

采用打磨過的試件和未經(jīng)打磨的試件進(jìn)行試驗(yàn)。試件厚度14mm和8mm，用CO2氣體保護(hù)焊打底，焊接參數(shù)：焊絲直徑4mm，電壓26V，電流510A，速度40cm/min。經(jīng)過多次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3-1所示。

試驗(yàn)表明：鐵銹、水分、油污等對(duì)焊縫氣孔的影響很大，焊接前應(yīng)做好焊縫周圍雜物的清除工作。

3.2焊接參數(shù)對(duì)焊縫影響的試驗(yàn)

采用不同焊接參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)如表3-2所示，經(jīng)多次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3-3所示。

試驗(yàn)表明：焊接參數(shù)對(duì)焊縫表面氣孔有一定影響，焊接速度不宜過快，電流和電壓應(yīng)適當(dāng)提高，有利于焊縫中氣體逸出，減少氣孔的形成率。

3.3保護(hù)氣氛對(duì)焊縫影響的試驗(yàn)

采用不同顆粒大小的焊劑進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3-4所示。

表中A、B均為牌號(hào)SJ101焊劑，其中A經(jīng)過多次使用，含有少量雜質(zhì)和水分，顆粒較?。籅為顆粒較大的新烘干焊劑。

試驗(yàn)表明：保護(hù)氣氛對(duì)焊縫表面氣孔的影響較小，但焊劑多次使用后應(yīng)進(jìn)行處理。

4.結(jié)論

通過多次試驗(yàn)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)焊接工藝進(jìn)行了調(diào)整。（1）焊接前對(duì)待焊區(qū)域20mm范圍內(nèi)進(jìn)行仔細(xì)打磨，直至露出金屬光澤。（2）適當(dāng)增加焊接電流和電壓，減小焊接速度。（3）嚴(yán)格控制焊劑使用次數(shù)，當(dāng)天未用完的焊劑必須重新烘干處理。

按新工藝要求執(zhí)行后，焊縫經(jīng)磁粉檢驗(yàn)和超聲波檢驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)氣孔，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊縫返修率大大降低，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和工期，取得了良好效果。

參考文獻(xiàn)

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[2] 周振豐，等.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

（作者單位：大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司）