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摘要：在实际生产中，双面埋弧焊在一般的焊接工艺步骤中往往需要背面碳弧气刨清根，经打磨后再进行埋弧焊的焊接。为减少碳弧气刨清根的明弧光、噪声及烟尘污染、改善工人劳动条件，优化焊接工艺，故提出双面埋弧焊背面不清根工艺。
关键词：双面埋弧焊；背面不清根；无碳弧气刨
1 前言
埋弧焊是一种生产效率较高的焊接方法，其因焊接电弧稳定，焊缝外观成型平整光滑，焊接质量稳定，焊接过程中无明弧刺激，劳动条件较好等优点，已得到了广泛的应用。但在一般的焊接工艺步骤中往往需要背面碳弧气刨清根，由此不仅增加了明弧刺激和噪音污染，亦增加了工作周期，同时降低了工人的劳动条件。为优化焊接工艺，提出了双面埋弧焊背面不清根的焊接工艺。本文将详细讨论运用于实际生产的双面埋弧焊背面不清根的焊接方法。
2 双面埋弧焊背面不清根工艺的技术特点和难点
2.1 双面埋弧焊背面不清根工艺的技术特点
2.1.1可以减少环境污染及改善劳动条件。
2.1.2可以省略背面清根和环向接头手工焊封底两道工艺流程，大大地缩短了焊接周期（见图1）。
2.1.3不清根埋弧焊需要采用小焊接参数施焊，对产品焊接接头的力学性能有利。
2.1.4经济价值
（1）在施焊环节，避免背面手工焊封底，减少焊材、人工、电力能源及机械设备的成本消耗。
（2）在制造工序中，避免了背面清根，避免材料、人工、设备的成本消耗浪费，并且避免了除尘设备的投入。
图1 纵环缝焊接工序改善前后对比图
2.2 双面埋弧焊背面不清根工艺的技术难点
2.2.1坡口组对时间隙不均匀：当间隙小于0.5mm时最有利于焊接的持续进行，当间隙较大时易造成击穿。
2.2.2预留钝边不合理：易造成焊接接头烧穿或未熔合。
2.2.3 正面第一道焊缝的焊接参数选择是关键：既不能过大以免造成击穿，又不能过小以保证根部的熔合和良好的焊缝成形及脱渣，保证焊接的连续进行。
3 试验方案
采用图 2焊接接头型式下料、开坡口并卷制两筒节进行试验（焊缝编号A1、A2、B1，见图 3）。筒节的材质均为Q245R、厚度为16mm；焊接用焊材：埋弧焊丝采用 H08MnA/φ5.0、焊剂采用SJ101、焊条采用E4315；试验方案是正面坡口侧先施焊，背面采用无封底、无清根的双面埋弧焊焊接工艺。准备一组试板，材料、厚度、坡口型式与母材相同，尺寸满足理化试验要求，点焊在1750mm筒节纵缝的延伸线上并随焊缝A2一起焊接。
图3 纵环缝焊缝布置图
3.1 工艺试验过程
3.1.1 A1纵缝正面施焊时，背面采用焊剂垫，焊后背面清根，以检测第一道焊缝实际可达焊缝熔深。
（1）实测坡口参数：间隙1-3mm，坡口角度60°-65°，钝边6-8mm。
（2）焊接参数记录见下表1：
表1
（3）试验结果：背面清根后测量未焊深度依然为6-8mm，补焊至深度为5~6mm，经埋弧焊后，X射线探伤检测结果合格。
3.1.2 A2纵缝正面施焊时，背面采用焊剂垫，背面焊前不清根。且随A2纵缝焊接试板一组，主要目的是为焊缝力学性能的检测做准备。
（1）实测坡口参数：间隙1-3mm，坡口角度60°-65°，钝边5-7mm。
（2）焊接参数记录见表2：
表2
（3）试验结果：经探伤与理化试验检测后（力学性能检测参照的是产品检测相关标准），探伤有几处不连续的较小气孔，允许返修，经一次返修后合格。理化试验的各项检测指标均合格。
3.1.3 B1环缝正面施焊时背面无塞缝且背面焊前不清根。
（1）实测坡口参数：间隙0-4mm，坡口角度60°-65°，钝边5-7mm。
（2）当间隙小于0.5mm时，背面不贴陶瓷衬垫；
（3）当间隙在0.5mm-1mm之间时，正面第一道焊缝施焊时可通过调节电流，既使背面不会漏出明弧，又不影响第一道的焊缝成形和脱渣，此时可选择不贴陶瓷衬垫；
（4）当间隙大于1mm时，背面须贴陶瓷衬垫，因为此时从焊缝间隙处透出的明弧，使得正面第一道焊缝施焊时，焊工无法从外侧观察，对焊接过程已经产生了影响。
（5）焊接参数记录见表3：
表3
（6）焊接完成后，背面焊缝随机挑选三段清根检查：
（6.1）间隙在1mm以下200mm长一段，发现虽然无未焊漏、未融合、无夹渣，但深度在7mm中心线处出现一处较小气孔；
（6.2）间隙1-2mm之间200mm长一段，发现深度在5mm见渣层，7mm左右清理干净。
（6.3）间隙2-4mm之间200mm长一段，发现深度在5mm见渣层，7mm左右清理干净。
3.2 试验结果分析
3.2.1 根据A1碳弧气刨后测量的未焊透深度与钝边对比，发现第1层未焊透尺寸基本等于钝边尺寸，这是因为，第1层焊缝在施焊时，由于电流的懒惰性，电弧在坡口内燃烧时，会倾向两侧坡口表面燃烧，根部钝边基本不熔化或略微熔化。因此钝边尺寸需要调整，同时还要严格控制坡口加工时钝边尺寸的偏差精度。
3.2.2 根据试验过程的测量记录，发现工件组对过程中间隙不易控制，组对后，焊接接头的间隙在0-4mm范围内，经过试验分析：
（1）当间隙在0.5mm以下时，最有利于焊接和保证焊接质量，有利于焊接过程的持续进行；
（2）当间隙在0.5mm-1mm之间时，通过调节坡口侧第一道焊缝的焊接参数，焊接可顺利进行；
（3）当间隙在1-2mm之间时，背面需贴陶瓷衬垫，才能保证焊接的顺利进行；
（4）当间隙大于2mm时，焊接过程已经受到影响。
间隙偏大的主要原因是在坡口加工时采用的是半自动火焰切割机和等离子切割机。半自动火焰切割机易造成坡口缺欠且坡口加工尺寸较为粗糙；而等离子切割机易产生挂渣及粘渣，以上均需人为打磨后再投入下一道工序。此时就造成了卷板成型后间隙偏大的最主要原因。因而应避免采用以上切割方法。
3.2.3 脱渣性分析：根据实验，发现正面第一道焊缝的脱渣难易与有无焊剂衬垫及间隙大小有较大的关系。
（1）焊剂垫的影响：纵缝在施焊时，由于背面有焊剂垫支撑，可防止熔池溶液从间隙溢出，脱渣性优于环缝；
（2）间隙的影响：间隙较小时，熔池溶液从间隙间溢流少，有利于焊缝成形及脱渣；间隙大时，熔池溶液从间隙间溢流较大，造成焊缝脱渣困难。
4试验总结及相关巩固措施
经上述试验分析和几次成功的调整试验之后，可确定相关参数及方案调整如下：
4.1 坡口调整方案
4.1.1 图2预设计的焊接坡口型式，基本满足不清根焊缝要求，间隙及钝边略微调整，调整后坡口型式见图4；
4.1.2 坡口加工可以采用无热变形的加工方法：如刨边机、立车、铣床等机械加工方法进行加工，提高坡口尺寸加工精度，确保钝边的预留尺寸，同时亦可保证筒节卷制成形后间隙的大小，以保证焊接工作的持续有效进行。
4.2 正面第一层焊接参数调整方案：
根据第一层焊缝焊后钝边基本不熔的现象及脱渣困难情况，焊接参数可调整为，焊接电流550-600A、电压30-32V，速度在400~450mm/min。
图4
4.3 双面埋弧焊背面不清根工艺适用板厚：
根据试验分析，双面埋弧焊背面不清根工艺主要影响的是正面第一层及背面的焊接，其余焊层焊接，与普通埋弧焊焊接操作方式相同，结合Y型坡口的使用范围，双面埋弧焊背面不清根工艺可适用于10-20mm板材对接。
5 结束语
试验证明，通过对焊接坡口、组对、焊接过程的严格控制，对于10-20mm厚的钢板使用双面埋弧焊背面不清根的焊接工艺可以将焊接的UT、RT合格率控制在99.5以上，可以广泛应用于生产，对于20mm以上板厚的钢板的焊接，因此时随着板厚的增加，坡口深度的加大，合格率有所下降，返修的工作量亦变大，需要慎用。
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[5]吴毅雄.殷树言.都东.焊接手册[M].北京：机械工业出版社.2007.
论文作者:杨允
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/18
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