摘要：焊接技术在钢结构件施工现场的应用日益成熟，然而本单位钢结构件焊接生产过程中对陶瓷垫片的应用还不够完善，本篇论文主要介绍在钢结构全熔透焊缝焊接过程中陶瓷垫片的使用方法、焊接基本工艺及现场实际操作技术。
关键词：钢结构件；全熔透焊接技术；陶瓷垫片；应用
一、论文目标
使用陶瓷垫片全熔透焊接技术在本单位生产钢结构件过程中应用还不够成熟和常规化，本文章通过现场实际操作实验，对使用陶瓷垫片全熔透焊接操作过程进行经验归纳总结及应用研究，形成规范技术论文，以指导现场实际操作。
二、使用陶瓷垫片相较于传统全熔透焊接技术的优点
1.生产率高，成本低。省去了碳弧气刨清根工序，提高了生产效率，节省了由于气刨打磨增加的焊材成本、碳弧气刨成本以及人工成本。
2.工件变形小，焊缝质量稳定。免去了使用碳弧气刨输入的新热量，引起新的变形，降低了变形控制难度，免去了清根不干净引起的返修，稳定了焊缝质量。
3.人工劳动强度低，环境好。免去了因为碳弧气刨清根以及砂轮打磨引起的焊工环境中烟尘多、噪音大、环境恶劣等影响，降低了焊工劳动强度，有利于焊工的身体健康。
三、使用陶瓷垫片焊接的特点及原理
陶瓷垫片是一种在焊接工艺中使用广泛的氧化铝陶质材料，主要是保证钢材材料接头根部焊透和焊缝背面成形，是作为沿接头背面预置的一种衬托装置，使焊缝强制成形的高效、优质、低成本的焊接方法。这种焊接方法避免了清根、仰焊及狭窄封闭环境内作业，减轻了焊工劳动强度，使焊接生产效率成倍提高，焊接质量得到保障，同时对人体及环境不会造成危害。
陶瓷焊接衬垫熔池周边是由金属焊体和衬垫所组成的一个模体。由于陶质衬垫与母材金属的导热性相差很大，熔池的散热处于极不均匀的状态，熔池两边散热很快，底部散热慢，在正常焊接时，随着电弧的移动，熔池冷却开始结晶，熔池上部受电弧的加热作用温度高于底部，熔池液态金属的结晶是自下而上结晶，与钢板上堆焊相比，其熔池的结晶方向更会直于焊缝中间线因此，用这样的方法可提高焊接质量。
四、陶瓷垫片在全熔透焊缝焊接中的应用分析
1.混合气体保护焊
1.1保护气体成分：Ar含量80%，CO2含量20%；母材为Q345D，厚度25mm；焊丝为ER50-6，直径φ1.2mm；陶瓷垫片为恒丰系列陶瓷焊接衬垫。
1.2各种不同坡口形式中使用的陶瓷垫片规格及组对要点。
1.2.1 板材对接单面V型坡口：坡口角度60°，深度25mm；使用陶瓷垫片规格HF A4。
1.2.2 板材对接X型坡口：坡口角度60°，深度11mm；使用陶瓷垫片规格HF G1.R-6。
1.2.3 角焊缝K型坡口：坡口角度45°，深度11mm；使用陶瓷垫片规格HF F3。
1.3组对要点：
1.3.1清除母材焊道及周围30mm范围内油、锈、水污等。
1.3.2组合间隙4-6mm，垫片与坡口面贴合紧密。
1.3.3板对接单面V型坡口根据实际坡口尺寸预留适当反变形。
1.3.4组对时安装陶瓷垫片示意图如下：
1.4焊接参数：焊接电流：230-260A；焊接电压：25-27V；焊接速度：42±6cm/min；气体流量15-20L/min。
打底、填充和盖面无需调节焊接参数。
1.5焊接要点：
1.5.1为保证焊缝的良好熔透，需要有3mm以上间隙，可采用左右摆动焊接的方法，摆动时坡口根部两边做适当的停留，保证其熔透性。
1.5.2大电流打底时焊接效率增加，但是操作技能水平要求较高，飞溅较大，而且热输入增加，提高了起弧和收弧时的焊缝缺陷风险，因此在焊工没有把握使用大电流打底时，可在保证熔透的前提下稍微调低焊接参数，较易获得良好背面成型。
1.5.3焊接过程中，为保证良好熔合，超声波探伤一次合格率，焊枪角度宜接近垂直于焊道，匀速焊接，采用从左向右后退焊法。
2.埋弧自动焊
2.1实验用母材为Q345D厚度25mm，焊丝为H10Mn2，φ4mm，焊剂为SJ105。
2.2板材对接X型坡口使用的陶瓷垫片规格及组对要点：
坡口角度60°，钝边5mm，间隙3-5mm，陶瓷垫片规格HF G1.R-6，安装方式与文中混合气体保护焊X型坡口相同。
2.3焊接参数：打底层：焊接电流500-520A，电压26-28v，焊接速度28-30cm/min。填充层：焊接电流580-600A，电压30-32v，焊接速度26-28cm/min。盖面层：焊接电流560-580A，电压30-32v，焊接速度28-32cm/min。
2.4焊接要点
2.4.1在埋弧自动焊中对薄板采用不留间隙的焊接方式，但是在使用陶瓷垫片后，对焊接中焊丝对中要求高，因此采用适宜的焊接参数，配合一定组对间隙的焊接方式更易获得良好的背面成型。
2.4.2在长直焊缝中无法保证均匀的间隙，埋弧自动焊也无法像CO2气体保护焊一样采用摆动来施焊，因此调整焊接参数要注意在保证熔透的前提下取下限电流，而后根据实际组对情况调节参数。
2.4.3 焊接速度调整应根据组对间隙大小来进行，在组对间隙较大时，填充金属要增加，因此减低焊接速度，确保熔池稳定，在组对间隙较小时，应增加焊接速度，否则会造成坡口根部熔合不良。
五、常见的质量问题及解决方法。
1.质量问题：焊缝背面成形不良。咬边、焊趾过渡不圆滑，余高过大及高低不平。
解决方法：调节焊接参数，摆动均匀，焊接速度保持一致。
2.质量问题：焊缝内部出现气孔，焊缝背面出现条虫状压痕及粘渣。
解决方法：母材清理确保无水、油、锈；焊丝受潮，更换或者烘干焊丝；焊接速度过快，气体保护不足，适当降低焊接速度。
3.质量问题：药芯焊丝焊焊缝内部气孔，焊缝背面出现飞溅状金属及粘渣。
解决方法：检查焊丝是否受潮，更换或者烘干焊丝；调节焊接规范。
4.质量问题：不清根双面焊出现未焊透及漏渣。
解决方法：适当增加焊接电流、电压，降低焊接速度。
5.质量问题：立焊、横焊成形不良，铝箔胶带脱落。
解决方法：安装陶瓷垫片前认真清理胶带贴面的杂质，确保贴合紧密，牢靠。焊接时适当降低焊接参数，抬高焊丝，焊丝不能过度靠近陶瓷垫片，适当减低气体流速，减少焊接时对陶瓷垫片的冲击力。
6.质量问题：埋弧焊焊缝不连续，出现气泡，焊缝背面出现飞溅状金属及粘渣，弧坑裂纹，背面缩孔。
解决方法；焊前认真清理焊道；焊剂应在温度350℃烘干1-2小时；环境温度过低时应适当预热
7.质量问题：焊缝背面冲击值过低。
解决方法：焊接参数过大，热输入过高，适当降低焊接参数；焊缝有缺陷造成应力集中，消除焊接缺陷；焊材与母材化学成分不匹配，应选这S、P等有害杂质少的母材和焊材。
六、论文总结
使用陶瓷垫片全熔透焊接技术的操作方法基本成熟，但是在本单位的推广和应用还不够。使用陶瓷垫片的焊接方法是一
种以特殊陶质材料为衬托，使焊缝强制成形的高效、优质、低成本的焊接方法，这种焊接方法不仅能够在全熔透焊缝中免去了清根工序，还可以在立、仰焊及狭窄封闭环境的作业中为双面成形提供一定的保障，降低了焊工劳动强度，提高了焊接质量，同时有利于焊工的健康，和传统焊接方法相比，是一种未来发展中的“绿色”焊接方法，在后续的推广应用中，应进一步开发其便利、高效、稳定的特点，扩大应用范围。
论文作者:李志勇1,张成现2,商杰3
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
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