鋼板對(duì)接接頭立焊位置的氬電聯(lián)焊工藝

趙海云，李海明，李津，胡建洪

(大港油田公司第五采油廠，天津300283)

0 前言

氬電聯(lián)焊是采用鎢極氬弧焊與焊條電弧焊兩種焊接方法進(jìn)行組合焊接的簡稱［1］。鎢極氬弧焊采用氬氣保護(hù)，在高熔點(diǎn)的非熔化鎢極和金屬母材的焊接位置之間形成穩(wěn)定電弧，具有保護(hù)效果好、焊縫質(zhì)量高、焊件變形小、省去清渣工序等優(yōu)點(diǎn)，而且熔池可見性好，便于觀察和操作，可以獲得成形美觀的高質(zhì)量焊縫，而且適合各種焊接位置。焊條電弧焊是最傳統(tǒng)的焊接方法，適用于不同的平焊、橫焊、立焊、仰焊等位置，但操作方法差別較大。氬電聯(lián)焊多采用鎢極氬弧焊方法進(jìn)行打底層焊接，有時(shí)也用于第一層的焊接，以避免根部產(chǎn)生焊接缺欠，保證焊縫成形美觀;然后用焊條電弧焊方法進(jìn)行填充層和蓋面層焊接，以提高焊接效率和節(jié)約焊接成本。目前，氬電聯(lián)焊的工藝方法已在復(fù)合管道施工、油氣集輸干線工程、石油化工等行業(yè)的重要焊接結(jié)構(gòu)件上得到廣泛應(yīng)用。

氬電聯(lián)焊用于鋼板對(duì)接接頭立焊位置操作時(shí)，容易出現(xiàn)焊縫成形不良，產(chǎn)生未熔合、焊瘤、咬邊等缺欠，這與焊接工藝參數(shù)、焊接角度、操作手法等因素有很大關(guān)系。文中介紹了焊接工藝參數(shù)選擇、操作技巧及注意事項(xiàng)，希望對(duì)避免焊接缺欠、保證焊縫成形美觀具有參考作用。

1 試件材料和焊前準(zhǔn)備

鋼板材質(zhì)為20 鋼，規(guī)格為300 mm×150 mm×12 mm，采用機(jī)械加工方法控制對(duì)接坡口角度為60°±3°，坡口鈍邊為1.0 ～2.0 mm。焊接前將坡口附近20 mm 范圍內(nèi)的表面油、銹、氧化皮進(jìn)行清理，如圖1 所示。

圖1 試件打磨示意圖

鎢極氬弧焊主要用于打底焊道的焊接，選用純度大于99.7%的氬氣作為保護(hù)氣體，使用孔徑為φ8 mm或φ10 mm 的圓形噴嘴，選用φ2.5 mm 的鎢極棒，前端磨成1∶5 的錐形，伸出長度4.0 ～6.0 mm。焊接材料為φ 2.5 mm 的H08Mn2SiA 實(shí)心焊絲。焊條電弧焊主要用于填充層和蓋面層的焊接，采用φ3.2 mm 和φ 4.0 mm 兩種規(guī)格的E5015 焊條，按要求烘干后，放入保溫筒中備用［2-3］。20 鋼母材和兩種焊材的化學(xué)成分見表1，主要焊接參數(shù)見表2。

表1 母材和焊接材料的主要合金元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 主要焊接工藝參數(shù)

2 焊接工藝流程

2.1 組對(duì)及定位焊

組對(duì)定位時(shí)，根據(jù)焊接位置、焊接工藝、焊接材料按照下料預(yù)留焊接間隙標(biāo)準(zhǔn)選擇，兩個(gè)鋼板的組對(duì)間隙為:始焊端對(duì)接間隙2.5 mm 左右，終焊端對(duì)接間隙3.0 mm 左右，以便控制焊接過程中焊縫收縮引起的組對(duì)間隙變化，如圖2 所示。

組對(duì)后在對(duì)接接頭的兩端采用鎢極氬弧焊焊接方法進(jìn)行定位焊接，定位焊縫的長度不大于10 mm，焊縫厚度控制在2 mm 左右。定位焊采用表2 中的焊接工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷應(yīng)重新進(jìn)行焊接。

2.2 打底層的操作

采用鎢極氬弧焊進(jìn)行打底層焊接。為了保證焊接操作的穩(wěn)定性，將焊槍的噴嘴卡在試件坡口邊沿?cái)[動(dòng)焊槍進(jìn)行焊接。為實(shí)現(xiàn)較好的保護(hù)效果，在不影響焊工視線的前提下，噴嘴與焊件的角度保持在70°～80°，焊絲與焊件的角度一般為20°～30°，如圖3 所示。

圖3 打底層焊接噴嘴及焊絲與焊件的角度

鎢極氬弧焊應(yīng)提前3 ～5 s 接通氬氣，將起焊處的空氣及灰塵吹除干凈，采用劃擦法或高頻擊穿引燃電弧。劃擦法引弧動(dòng)作要輕快，防止焊縫產(chǎn)生夾鎢等缺欠。在起焊點(diǎn)前約5 mm 處引弧后，慢慢拉回到起焊點(diǎn)，先在坡口兩邊擺動(dòng)進(jìn)行預(yù)熱，待起焊處形成清晰可見的熔孔時(shí)，開始填絲，從下至上進(jìn)行打底層焊接。焊接時(shí)要控制好送絲速度和擺動(dòng)焊槍的速度，使焊絲始終處在鎢極的前面，防止焊絲失去氬氣的保護(hù)。完成焊接進(jìn)行收弧時(shí)，填滿弧坑后將電弧引至坡口邊緣緩慢熄滅，繼續(xù)送氬氣8 s 以上防止焊縫金屬氧化［4］。

為了得到成形優(yōu)良的焊縫，送絲時(shí)可以將焊絲頂在坡口根部，隨電弧左右擺動(dòng)，保持送絲的穩(wěn)定性，避免未熔合和焊瘤等缺欠的產(chǎn)生;適當(dāng)延長電弧在坡口兩側(cè)的停留時(shí)間，使坡口兩邊較厚的母材金屬充分熔化;電弧在坡口中間一帶而過，避免熔池溫度過高，使背面焊縫產(chǎn)生咬邊、焊瘤等缺欠。焊接時(shí)要注意觀察熔池，發(fā)現(xiàn)熔池溫度過高可以先熄弧或者將電弧沿焊道向后方拉回10 mm，熔池冷卻后再繼續(xù)焊接。采用合適的焊接速度，注意電弧與送絲的配合，控制好焊絲和焊槍的角度，注意觀察和控制熔池溫度和熔孔大小就可以得到合格的焊縫。鎢極氬弧焊打底層焊縫形貌，如圖4 所示。

圖4 打底層焊縫形貌

2.3 填充層的焊接

采用焊條電弧焊方法直流反接施焊。按照表2 選擇焊條規(guī)格和焊接工藝參數(shù)，調(diào)試好焊接電流，焊接過程中控制焊條與焊件的角度保持在75°～85°(圖5)，使用斜鋸齒或月牙形運(yùn)條方法。在起焊點(diǎn)上方約10 mm 處起弧，拉長電弧待第一滴熔滴落下后，壓低電弧慢慢落到起焊點(diǎn)處，稍作停留看到根部焊縫兩側(cè)熔化后，正式向上焊接。運(yùn)條時(shí)在坡口兩邊短暫停留，中間一帶而過，防止兩側(cè)夾槽過深和中間填充過高，收弧焊接時(shí)注意添滿弧坑。注意填充層厚度應(yīng)距離坡口上表面約1.0 ～2.0 mm，為蓋面層焊接打好基礎(chǔ)［4-5］。圖6為填充層外觀形貌。

圖5 填充層的焊條角度

2.4 蓋面層的焊接

將填充層焊道清理干凈后進(jìn)行蓋面層的焊接，為了提高焊接效率，采用φ4.0 mm 焊條直流反接施焊。焊條角度參考填充層控制在75°～85°左右，焊接要點(diǎn)與填充層一樣，同樣是在起焊點(diǎn)上方10 mm 處起弧，拉長電弧待第一滴熔滴落下后，壓低電弧慢慢落到起焊點(diǎn)處，看到根部焊縫兩側(cè)熔化后，正式向上焊接。換焊條時(shí)，也應(yīng)按照起弧的操作要領(lǐng)，連接要準(zhǔn)確，防止產(chǎn)生焊接缺欠。焊縫熔寬以坡口兩邊各熔化1.0 mm 左右為宜，余高控制在3.0 mm 以內(nèi)。實(shí)際蓋面層表面成形情況，如圖7 所示。

圖7 焊縫成形后的形貌

焊接完成后，要對(duì)焊件進(jìn)行清理，去除藥皮熔渣和飛濺物，表面不許有氣孔、咬邊、未熔合、夾渣等缺欠。

3 操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

(1)嚴(yán)格按照要求做好試件的打磨和焊接材料的烘焙，控制好試件的組對(duì)間隙。

(2)打底層焊接時(shí)注意焊槍的擺動(dòng)、填絲的快慢，控制好焊槍、焊絲、焊件之間的角度。

(3)填充層和蓋面層注意控制焊條的擺動(dòng)幅度和坡口邊沿的停留時(shí)間，控制好焊條的角度。

4 結(jié)論

(1)采用氬電聯(lián)焊在立焊位置進(jìn)行鋼板對(duì)接接頭焊接時(shí)，先用鎢極氬弧焊進(jìn)行打底層焊接，避免焊接根部缺欠的產(chǎn)生，保證焊縫成形美觀;采用焊條電弧焊方法進(jìn)行填充層和蓋面層焊接，可提高焊接效率和節(jié)約焊接成本。

(2)采用鎢極氬弧焊進(jìn)行打底層焊接，省去了焊條電弧焊根部清渣工序，避免了焊接缺欠的產(chǎn)生，提高了焊接生產(chǎn)效率。焊件組對(duì)時(shí)要控制好組對(duì)間隙，組對(duì)間隙過大會(huì)造成打底層焊接困難，整體焊縫過寬影響焊接質(zhì)量，組對(duì)間隙過小，會(huì)造成打底層未熔合。因此要控制始焊端對(duì)接間隙2.5 mm 左右，終焊端對(duì)接間隙3.0 mm 左右。

(3)焊接過程中，嚴(yán)格控制噴嘴與焊件的角度保持在70°～80°，焊絲與焊件的角度一般為20°～30°，填充層和蓋面層的焊接角度保持在75°～85°。注意電弧與填絲的配合及坡口中的運(yùn)條方法，注意觀察熔池的變化調(diào)整焊接操作，可以得到成形良好的焊縫。