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摘要：埋弧焊是一种在焊剂层下进行大功率焊接的电弧熔焊方法，埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强， 从而能排除未焊透和气孔缺陷。以往14mm以上的板厚焊接时，都采用开坡口、打底、翻面清根的方式，以保证焊缝质量。现使用埋弧自动焊接新工艺，现以达到14mm甚至16mm厚度的Q345钢板不开坡口、不打底、不清根、双面焊一次成形。此工艺达到保证施工质量、降低成本、加快制造进度、减轻工人劳动强度的良好效果。
关键词：埋弧自动焊 不开坡口 提高效率
Abstract：As we all know， submerged arc welding flux layer is carried out under the power in the arc welding method of welding， submerged arc welding current， arc pressure， arc penetrating ability， the maximum penetration depth of 14mm， so that it can rule out the welding permeability and porosity defects. Large-diameter pipe welding， welding the longitudinal and circumferential welds， the SAW is undoubtedly a high quality， efficient， good working conditions， after welding the welding process simple way to apply this technology to ensure quality， reduce project costs， speed up the progress of the project， reduce the labor intensity of the good results， and the process is simple， easy to grasp.
KeyWords：Automatic submerged arc welding， Heavy caliber steel pipe， Submerged floating method，High economic efficiency
1、概况
由广西水电工程局承造的重点航运枢纽工程的闸门，其门叶的面板厚度为14mm、I型主梁的腹板为16mm，材料均为Q345C。经统计T型焊缝2384米、面板对接焊缝435米，焊接工作量大。因多方面原因，该闸门制造开工时间推迟4个月，但交货时间不变，造成工期十分紧张。为了在保证产品质量的前提下缩短工期，有必要改进传统工艺来提高效率，以满足按期交货。以往14mm以上的厚度的钢板焊接时，传统工艺采用开坡口、打底、翻面清根后在焊接的方式。经查阅资料，国内外有过中厚钢板在不开坡口的情况下可以做到双面焊成型的先例，而且经过调整焊缝质量达到一类焊缝标准。针对本工程闸门使用的14mm、16mm厚度钢板焊缝不开坡口、不打底、不清根、双面焊一次成形的新工艺进行焊接试验，经过焊接工艺评定合格后投入应用。采用新工艺后的焊缝表面成型良好，表面光亮均匀，无表面气孔、咬边等缺陷，焊缝尺寸能满足设计图纸、和规范标准的要求。
2、埋弧焊简介
埋弧焊是一种在焊剂层下进行大功率焊接的电弧熔焊法。埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强，最大熔深达14mm， 从而能排除未焊透和气孔缺陷。采用埋弧焊后，焊缝表面成型良好，表面光亮均匀，无表面气孔、咬边等缺陷，焊缝尺寸能满足工艺、标准要求；RT射线检测：焊缝洁净，黑度均匀，不论是从外观上还是内在质量上都较手工焊有很大提高。埋弧焊无疑是一种优质、高效、劳动条件好、焊后处理简单的焊接方法，可节约施工成本和焊接人力资源，加快施工进度。埋弧焊有以下七个优点：
1）所用的焊接电流大，相应输入功率较大，电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速度都大大提高、焊接速度高。
3）焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢凝固。液体金属与熔化的焊剂间有较多时间进行冶金反应，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。此外焊剂还可以向焊缝金属补充一些合金元素，提高焊缝金属的力学性能。
4）在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果比其他电弧焊方法好。
5）自动焊接时，焊接参数可通过自动调节保持稳定。与手工电弧焊相比，焊接质量对焊工技艺水平的依赖程度可大大降低，另外机械化的焊接方法减轻了手工操作强度。
6）埋弧焊弧光不外露，没有弧光辐射，环保性能好。
7）可供选用的焊丝和焊剂的品种较多，使用范围广。
3、埋弧焊的工艺参数
埋弧自动焊的工艺参数，主要是指焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度等。这些参数影响着焊缝的形状系数和熔合比，从而影响焊缝质量。
3.1、焊接电流
同等焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流成正比。随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。同时，焊丝的熔化量也相应增加，这就使焊缝的余高增加；随着焊接电流的减小，熔深和余高都减小。
图一 焊接电流对焊缝成形的影响
3.2、电弧电压
电弧电压的增加，焊接宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。
图二 焊接电压对焊缝成形的影响
电流过大，熔深（H）和余高（h）过大，焊缝形状系数下降，易产生热裂纹，焊接过程中甚至引起焊缝烧穿；电流过小，易产生未焊透夹渣等缺陷。
电弧电压过大，熔宽（B）显著增大，但是熔深（H）和余高（h）会减小，由于电弧过长，电弧燃烧就不稳定，易造成焊缝气孔和咬边缺陷，同时焊剂熔化量也增加，造成浪费；电弧电压过小，熔深（H）和余高（h）就加大，形状系数下降。
表1 焊接电流与电弧电压匹配情况
3.3、焊接速度
当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小。
焊接速度过大，熔宽（B）显著减小，会产生余高（h）小、咬边、气孔等缺陷；焊接速度过慢，熔池满溢，会产生余高（h）过大、成形粗糙、未熔合、夹渣等缺陷。
焊接速度较大时，熔深（H）随焊接速度的增加而减小；而当焊接速度较小时，随着焊接速度的增加，熔深（H）反而增加。
为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产率而提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。
3.4、焊丝直径和伸出长度
当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。埋弧自动焊时，焊丝的伸出长度一般为20～40mm。同时在焊接过程中还应控制焊丝伸出长度的波动范围一般不超过10mm左右。
表2 焊丝直径和焊接电流匹配
4、16mmT型接头角焊、14mm对接平焊的焊接工艺改进前后对比
焊接的埋弧自动焊设备为唐山开元（MZC/1250H），CO2气体保护焊设备为唐山松下（YD-500FR1）。母材均为Q345C。
4.1改进前的16mmT型接头角焊、14mm对接平焊的焊接工艺
对于16mmT型接头角焊、14mm对接平焊的焊接，公司传统的工艺传统的工序流程为：开坡口→钝边→焊件清理→定位电焊→CO2气体保护焊打底→填充焊→盖面→翻身碳弧气刨清根→填充焊→盖面。
●焊接前的准备
开坡口：采用半自动气割机开坡口。材料Q345C，板厚14～16mm对接平焊的坡口如图6-1，（C=2mm；p=2mm；n=14～16）
图三 坡口形状
件的清理：焊接前采用的是砂轮机打磨。将坡口及焊接部位表面的锈蚀、油污、水分、氧化皮等清除干净。
定位点焊：采用CO2气体保护焊。定位所用焊接材料与正式施焊所用材料的材质相匹配。点焊高度不宜超过设计焊缝厚度的1/3，点焊长度宜大于40mm，间距宜为300-400mm，如发现点焊上有气孔或裂纹，必须清除干净后重焊。
●焊接工艺参数
表3 14mm对接平焊的焊接工艺参数
表4 16mmT型接头角接平焊的焊接工艺参数
●打底层焊接
正确选择焊接方向、把握好焊枪的摆动幅度，控制好电弧的稳定燃烧及坡口两侧的停留时间。
●填充焊
施焊前应将打底层焊道清理干净，将焊道上局部凸出处打磨平整，且焊接时做到不烧化坡口棱边等。
●盖面焊
控制好焊枪角度，保持喷嘴高度，焊接熔池边缘应超过坡口棱边0.5～1.5mm。焊枪横向摆动幅度应比填充焊时稍大，尽量保持焊接速度均匀。
●翻身清根
为保证焊缝根部能够熔透，采用碳弧气刨清根。
4.2改进后16mmT型接头角焊、14mm对接平焊厚板的焊接工艺
工艺改进后，对于16mmT型接头角焊、14mm对接平焊的焊接，采取新的工序流程为：焊件清理→定位电焊→盖面→翻身盖面焊。
省略掉开坡口、钝边和翻身电弧刨清跟这三个步骤。节约了这三道工序的时间、氧气、丙烷、打底消耗的焊材和电等成本。采用设备仍然是唐山开元（MZC/1250H）、唐山松下（YD-500FR1），调整了工艺参数而得。
●通过实验，新工艺的焊接工艺参数如下：
表5 14mmT型接头角接平焊的焊接工艺参数
表6 16mmT型接头角接平焊的焊接工艺参数
4.3结果对比
●焊接工序时间对比
5、焊缝检验
针对本项目的对接焊缝在焊后24小时后进行全焊缝超声波探伤，一次合格率达到99%。
6、焊接工艺评定
本工程仅做了厚度14mm的Q345C钢板对接焊焊接工艺评定，评定为合格。拉伸试件、弯曲试件和冲击试件数量分别为2件、4件和6件，只有两件冲击试件的冲击吸收功数值偏低，缺口位置均在热影响区。
7、结束语
广西水电工程局闸门制造焊接采用新工艺，简化了制造工序、提高生产效率，节约耗材。与传统的焊接工艺相比，省略节约时间为20%左右，耗材节约为22%，超声波探伤合格率高，因此降低综合造价，缩短闸门制造工期，取得较好的经济效益。
参考文献：
[1] 姜焕中.电弧焊及电渣焊，第2版.机械工业出版社，1992.
[2] 吴敢生.埋弧焊/实用焊接技术，第1版.辽宁科学技术出版社，2007.
作者简介：廖仲华（1980-），男（汉族），广西马山人，工程师，大学专科，主要从事水工金属结构制造安装施工。
论文作者:廖仲华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
标签：电弧论文; 焊丝论文; 电流论文; 气孔论文; 焊剂论文; 速度论文; 参数论文; 《基层建设》2018年第24期论文;