中国电建集团核电工程有限公司 山东济南 250102
摘要：国核压水堆示范项目（CAP1400）循环水泵房鼓型滤网基础中设计采用了大量不锈钢埋件。目前，焊接不锈钢类埋件的主要方法为手工电弧焊（SMAW），焊接时受焊工技能水平、焊接设备材料等因素影响大，同时，不锈钢焊接过程中要严格限制层间温度极大影响焊接效率。埋弧螺柱焊技术已经大规模应用于钢筋埋件焊接，具有焊接效率高、稳定好、制约因素少等优点，但是埋弧螺柱焊在不锈钢埋件焊接领域仍属空白。本文通过焊接材料、焊接参数以及技术优化等方面进行研究并现场实际焊接效果进行分析，验证不锈钢埋件埋弧螺柱焊焊接技术的有效性。
关键词：埋弧螺柱焊；不锈钢埋件；焊接材料；焊接参数；技术优化
0引言
埋弧螺柱焊是指在金属或类金属件的端面与另一金属工件表面之间在焊剂保护层下产生电弧，待结合面熔化时迅速将螺柱插入熔池，完成焊接的一种焊接方法。其优点：焊接速度快、效率高；焊接时仅需消耗一定的焊剂，焊接成本低；焊接热影响区小、焊接变形小；焊接烟尘小、无污染等。
该焊接技术成功运用于国家体育场（鸟巢）、上海世博园的碳钢埋件焊接施工工程中。目前，在不锈钢埋件焊接领域中尚属空白。
1焊接材料——焊剂
埋弧螺柱焊主要焊接材料是焊剂，焊剂的选择对埋件焊缝成形及质量至关重要。目前，市场无不锈钢埋弧螺柱焊专用焊剂，通过技术类比，可采用埋弧焊剂做替代。
碳钢埋弧焊剂（例如SJ101、HJ431）C、P、S元素含量相对较高。P、S元素含量过高，在焊接时，极易造成不锈钢裂纹的产生，而C元素过高，在不锈钢晶界上析出碳化铬而造成贫铬，使材料耐腐蚀性降低，因此碳钢埋弧焊剂不适合该焊接方法。
不锈钢专用焊剂（例如CHF601R、CHF107A、CHF260A）主要种类有碱性烧结型焊剂、熔炼型焊剂。品质方面，不锈钢专用焊剂对机械夹杂物、P含量、S含量控制严格。碱性烧结焊剂（CHF601R）只适合电流小的直流焊接，而熔炼型焊剂（CHF260A）适用于中小规范焊接，使用时注意控制焊接线能量，而埋弧螺柱焊焊接电流大，可达几百甚至上千安培，CHF260A、CHF601R在此焊接条件下失效可能性大，CHF107A焊剂可以在较高的电压、电流下使用，电弧燃烧稳定、脱渣容易、焊剂消耗量少。在焊接奥氏体不锈钢时，具有增碳少和铬烧损少。因此CHF107A型焊剂适合埋弧螺柱焊焊接使用。
2焊接参数——焊接电流、焊接时间、伸出长度、提升高度
埋弧螺柱焊焊接参数主要包括焊接电流、焊接时间、伸出长度、提升高度四个参数。四个参数虽然独立调节但又相互影响。例如焊接电流大，焊接熔深大，单位时间融化的螺柱、钢板多，为了螺柱能更好插入熔池，必须增加伸出长度；增大提升高度会降低焊接电压，而焊接电压影响熔池宽度，为了保证合适的熔池宽度势必要调节焊接电流和时间。
一般情况，相同规格的不锈钢焊接参数要比碳钢焊接参数略低，而目前，钢筋埋件埋弧螺柱焊焊接技术比较成熟，以《钢筋焊接及验收规程》钢筋埋件焊接参数作为基础，采用适当试验方法对不锈钢埋件埋弧螺柱焊接进行参数进行试验，通过对试验焊缝检查和测量，其验收标准：焊缝360°应连续，焊缝焊趾＞4mm；无气孔、夹渣；咬肉深度＜1mm。例如316L不锈钢埋件埋弧螺柱焊较好的焊接参数见表1。
3磁偏吹解决方案
埋弧螺柱焊采用的焊接电流大、高达几百甚至上千安培，会在锚筋、锚板周围形成较强磁场。焊接时，强磁场会对焊接产生影响，如果焊接磁场处理不当，会在焊包周围产生磁偏吹，直接影响焊包成型。通过优化焊接电流分布从而使焊接磁场均匀化，降低磁偏吹对埋弧螺柱焊接质量的影响。双接地钳对称布置可以有效的优化焊接电流分布。
4焊剂盒辅助工装
锚筋的定位质量是影响埋件质量的重要因素之一，目前，市场焊剂盒主要以单体式为主，单体式焊剂盒在使用过程，易发生锚筋相对位置偏移，导致定位质量的下降。根据锚筋在锚板上相对位置设计制造连体式焊剂盒，在提高了锚筋的定位质量的同时，缩短了定位时间，提高了埋件的制造效率。
5工程应用
埋弧螺柱焊技术成功应用于国核压水堆示范项目循环水泵房鼓型滤网基础不锈钢埋件制作，得到良好的应用效果和经济效益。
通过对现场不锈钢埋件质量的调查发现：采用埋弧螺柱焊焊接一次合格率99.1%，在锚筋定位质量以及变形控制方面均优于手工电弧焊。由于埋弧螺柱焊属于半自动焊接，其焊接效率相比手工电弧焊提升了3-6倍。
经济效益方面，采用埋弧螺柱焊焊接不锈钢埋件相比手工电弧焊，单根锚筋的焊接成本节约15-20元左右，主要集中在人工成本和焊接材料成本方面。
6结论
（1）埋弧螺柱焊工艺运用于不锈钢埋件焊接，在提高焊接质量的同时，降低了焊接成本、提高了焊接效率，弱化了焊工技能水平对焊接质量的影响。
（2）采用双接地钳对称布置方式，有效的降低磁偏吹对焊缝成型的影响，从而提高了焊缝的成型质量。
（3）改进后焊剂盒能够有效的提高锚筋的定位质量、埋件制作效率，适合埋件批量生产。
参考文献：
[1]黄贤聪，戴为志，费新华，李本端，吴成材，郑奶谷.预埋件钢筋埋弧螺柱焊及其应用[J].施工技术，2010（39）：99-101.
论文作者:郭新芳,张杰,李伟,卢新生,万夫伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/20
标签：焊剂论文; 不锈钢论文; 电流论文; 质量论文; 参数论文; 电弧论文; 熔池论文; 《防护工程》2018年第26期论文;