焊條電弧焊仰對接單面焊雙面成型技術(shù)及質(zhì)量控制

（武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，湖北武漢430000）

0 前言

焊條電弧焊單面焊雙面成型技術(shù)是焊工應(yīng)掌握的基本操作技能，但仰對接焊難度較大。優(yōu)質(zhì)的單面焊雙面成型，焊縫表面應(yīng)圓滑過渡，無明顯缺陷，焊縫內(nèi)部X射線100%合格。本文對焊條電弧焊仰對接單面焊雙面成型技術(shù)進(jìn)行分析總結(jié)，詳細(xì)介紹了其打底、填充及蓋面的工藝方法、操作要領(lǐng)和注意事項。

1 焊前準(zhǔn)備

設(shè)備為上海滬工WSM 400U；焊條牌號E5015，規(guī)格φ3.2mm、φ4.0mm；試板尺寸250mm×12 mm×150 mm；坡口角度 30＋1°；試板材質(zhì)：Q235。

焊前檢查電焊鉗夾持焊條是否牢固，焊機(jī)接地是否良好，焊條有偏心、藥皮有龜裂和脫落情況時需立即更換。

使用砂輪機(jī)、鋼絲刷等工具清理坡口及兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)的鐵銹氧化皮等污物，直至露出金屬光澤。試板坡口端部需留0.5～1 mm鈍邊，防止打底層焊接時熔池下墜形成焊瘤缺陷。

2 拼裝組對

試件拼裝時嚴(yán)格控制坡口根部間隙。根據(jù)數(shù)次實驗獲得最佳間隙為3～4 mm，如圖1所示。由于焊接過程中試板不斷加熱會在收弧端產(chǎn)生縱向收縮，因此拼裝時預(yù)留1 mm的收縮量，起弧端間隙為3mm，收弧端間隙為4 mm。

圖1 試板規(guī)格示意

同時在焊接過程中試板會發(fā)生變形，為保證所有焊接完成后的平整度達(dá)到最佳，可預(yù)留3 mm反變形量，如圖2所示。

圖2 反變形示意

3 焊接工藝

3.1 焊接參數(shù)

仰位焊操作時熔池較難控制，易出現(xiàn)熔池下墜，施焊者也會因為飛濺過大而影響操作。結(jié)合實際試驗效果提供焊接參數(shù)，如表1所示。

表1 焊接參數(shù)

3.2 焊條規(guī)格

E5015焊條為低氫鈉型藥皮的高韌性超低氫低合金鋼焊條，其焊接工藝良好，電弧穩(wěn)定，脫渣容易，熔敷金屬塑性、韌性和抗裂性能優(yōu)良，可進(jìn)行全位置焊接，適用于E36、DE36、A537等低合金鋼的重要結(jié)構(gòu)焊接（如海洋平臺、船舶、壓力容器等）。焊前焊條須經(jīng)350～380℃烘焙1 h，保溫桶存放，隨用隨取。一般根據(jù)焊件厚度選擇焊條直徑，如表2所示。

表2 焊條直徑與工件厚度對照

經(jīng)過反復(fù)實驗對比發(fā)現(xiàn)，打底層焊接時φ3.2mm焊條更為合適，焊接時熔池直徑較小，容易控制。外觀成形較好，兩側(cè)夾溝平緩。填充層時選用φ4.0 mm焊條，焊接速度應(yīng)當(dāng)保持均勻適當(dāng)[1]，每層厚度不大于4～5 mm為宜。

4 焊接操作要點

4.1 打底層要點

打底層使用φ3.2 mm焊條，直流正接，斷弧打底。焊條向收弧端傾斜約70°～80°，左右角度保持垂直90°（見圖3）。開始焊接時，首先在試板起弧端引弧，待電弧正常燃燒后，將電弧迅速拉至定位焊縫上。借助定位焊連弧加熱坡口根部，迅速壓低電弧將熔滴送到焊縫根部，并借助電弧吹力作用盡量向坡口根部、背面輸送熔滴[2]。每次起弧點位置要準(zhǔn)確，擊穿時有“噗噗”聲，表示已焊透，點焊處形成熔孔熔后迅速斷弧。仔細(xì)觀察熔池，當(dāng)熔池顏色由亮變暗時再次引燃電弧。

圖3 焊條角度示意

4.2 填充層要點

填充層采用φ4.0 mm焊條，直流反接。焊接前清理干凈打底層表面的焊渣和飛濺物。焊條角度參照打底層焊接，填充層焊縫示意如圖4所示。第1、2層填充電流可以適當(dāng)增大，有利于消除焊趾處難以清除的熔渣。采用鋸齒形運(yùn)條方式，控制好焊條角度，短弧焊接，在焊縫兩邊要有足夠的停留時間，以保證兩側(cè)熔合良好，焊道平整。第3層填充焊縫必須控制好熔池形狀，保證焊縫平整，使其高度距焊件母材表面0.5～1mm，盡量延長電弧在兩邊的停留時間使填充焊道中心稍凹[3]。

4.3 蓋面層要點

圖4 填充層焊縫示意

蓋面層焊接可采用反月牙形擺動法，焊條擺動至坡口邊緣時停留0.5～1 mm，焊縫中間快速過渡。由于蓋面時電流相對較小，在更換焊條重新接頭時因起弧瞬間焊條燃燒不充分會造成氣孔或夾渣，嚴(yán)重影響內(nèi)部質(zhì)量。解決方法為：起弧時在距弧坑15～20 mm處引燃電弧，利用這段距離使焊條達(dá)到正常燃燒，然后迅速拉至弧坑處，待熔池填滿弧坑后，正常做月牙形擺動（見圖5）。此時電弧產(chǎn)生的熱量可以將起弧產(chǎn)生的缺陷完全熔化，而不影響內(nèi)部質(zhì)量。

圖5 起弧處焊條擺動示意

5 焊接缺陷產(chǎn)生原因及其控制

5.1 電弧長度對焊接質(zhì)量的影響

焊條電弧焊的電弧電壓主要由電弧長度決定。電弧過長對熔化金屬保護(hù)差，空氣中的氧、氮等有害氣體容易侵入，使焊縫易產(chǎn)生氣孔，降低焊接金屬力學(xué)性能。但弧長也不易過短，否則會引起粘條現(xiàn)象，且由于電孤對熔池的表面壓力過大，不利于熔池的攪拌，使熔池中氣體及熔渣上浮受阻，從而造成氣孔、夾渣等缺陷的產(chǎn)生[4]。

5.2 外界氣流對焊接質(zhì)量的影響

電弧的燃燒需要一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，在有風(fēng)的環(huán)境中會使電弧搖擺不定，產(chǎn)生偏弧現(xiàn)象，使熔孔的位置不居中或不規(guī)則，導(dǎo)致背面成形高低不平、寬窄不一致，產(chǎn)生未熔合、未焊透及脫節(jié)等缺陷?？刂品椒ǎ簩κ┕がF(xiàn)場進(jìn)行隔離保護(hù)，或適當(dāng)提高電弧的挺度，即調(diào)大推力電流[5]。

5.3 組對間隙對焊接質(zhì)量的影響

組隊間隙直接影響焊縫背面成形。間隙過大填充熔池的液體金屬增加，熔池?zé)彷斎朐黾?，易形成焊瘤、焊穿等缺陷。間隙過小又會出現(xiàn)未焊透、夾渣等缺陷。因此最佳間隙控制在3～4 mm最佳。