摘要：埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，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。经试验，现以达到14mm、16mmQ345钢板不开坡口、不打底、不清根、双面焊一次成形，并投入应用。此技术可以达到保证施工质量、降低施工成本、提高施工效率、减轻工人劳动强度的良好效果。
关键词：埋弧自动焊；不开坡口免清根；提高效率；节约成本
1 概况
我单位承建的重点项目为某一航运枢纽工程的钢闸门。其中门叶面板为14mm，I型主梁的腹板为16mm，主梁焊缝累计达2384米、面板焊缝435米，吨位达731.5吨(146.3吨/扇)。因多方面原因，开工时间比合同约定时间推迟了4个月，但交货时间不变，为了按期交货，唯有改进传统施工工艺，缩短施工周期。传统工艺：14mm以上的板厚焊接时，均采用开坡口、打底、翻面清根的焊接工艺来保证焊缝质量。经过实验，现已达到14mm、16mmQ345钢板不开坡口、不打底、不清根、双面焊一次成形，并投入应用，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、规范要求；超声波探伤合格率达99%。时间成本、耗材、人工成本、经济效益上都有很大提高。
2 埋弧焊特点及一般焊接工艺
2.1 埋弧焊的特点
埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强，一般不开坡口单面一次熔深可达20mm, 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、规范要求；射线检测：焊缝洁净，黑度均匀，无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：
2.1.1所用的焊接电流大，相应输入功率较大。加上焊剂和熔渣的隔热作用，电弧的熔透能力和焊丝的熔敷速度有较大提高，焊接速度与生产效率也大大提高。
2.1.2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。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。
2.1.3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。
2.1.4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。
2.1.5劳动条件好。由于焊接过程的机械化和自动化，焊工劳动强度大大降低，没有焊接弧光对焊工的有害作用；焊接时放出的烟尘和有害气体少，改善了焊工的劳动条件。
2.1.6可供选用的焊丝和焊剂的品种较多，且焊缝金属的性能容易通过焊剂和焊丝的选配调整，焊缝表面光洁，焊后无需修磨焊缝表面，达到较好的焊缝质量。
2.1.7可节省焊接材料和能源。较厚的焊件不开坡口也能焊透，从而焊缝中所需的焊接材料——焊丝量显著减少，省去了开坡口所需要的时间和能源；熔渣的保护作用避免了金属元素的烧损和飞溅损失；不像焊条电弧焊那样有焊条头的损失。
2.2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，从而决定了焊缝的质量。
2.2.1 焊接电流
在正常焊接条件下，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，易产生高温裂纹。电流小，熔深浅，余高和宽度不足。
2.2.2电弧电压
电弧电压电弧电压和电弧长度成正比，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。
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。
2.2.3焊接速度
焊接速度与熔深和熔宽成反比，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，即为了提高生产率需在增加焊接速度的同时加大电弧功率。
2.2.4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，焊丝直径与熔深成反比，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。
3 14mm对接平焊、16mmT型接头角焊的焊接工艺改进前、后对比
本焊接工艺的改进以唐山开元埋弧自动焊机（MZC/1250H）和唐山松下CO2气体保护焊机（YD-500FR1）为焊接电源进行。
3.1 改进前14mm对接平焊、16mmT型接头角焊的焊接工艺
对于14mm对接平焊、16mmT型接头角焊的焊接，传统工艺的工序流程：开坡口→钝边→焊件清理→定位焊→CO2气体保护焊打底→填充焊→盖面→翻身电弧刨清根→填充焊→盖面。
3.1.1 焊接前的准备
（1）开坡口：采用半自动气割机开坡口。
（2）焊件的清理：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。
（3）定位焊：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。
3.1.2焊接工艺参数
（见表3、表4）
3.1.3 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。
3.1.4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。
3.1.5 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。
3.1.6 翻身清根
当焊缝要求为一类焊缝或重要焊缝时，为保证焊缝根部能够熔透，采用碳弧气刨。
3.2改进后14mm对接平焊、16mmT型接头角焊的焊接工艺
工艺改进后，对于14mm对接平焊、16mmT型接头角焊的焊接，采取的工序流程：焊件清理→定位焊→盖面→翻身盖面焊。
新工艺省略了开坡口、钝边和翻身电弧刨清根三个步骤，从而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。新焊接工艺的形成需通过使用唐山开元（MZC/1250H）、唐山松下（YD-500FR1）焊接设备进行大量实验，并不断调整焊接工艺参数。
3.2.1焊接前的准备
（1）下料、坡口：钢板下料后清理飞溅、熔渣，不开坡口。
（2）定位焊：用CO2保护焊，定位焊焊缝长度为40mm-50mm，焊脚高度≤6mm，间距为300mm-400mm。但是，首段定位焊应离开端部30mm。
（3）引熄弧板：在装配好构件两端应加装同材质、同厚度的引、熄弧板。引熄弧板长度应≥120mm，宽度应≥80mm，焊缝引出长度应≥60mm。
（4）焊前清理焊道及周围的锈迹、水分、杂物等，对有缺陷的定位焊进行打磨处理。
3.2.2焊接工艺参数
（见表5、表6）
3.2.3 结果对比
3.2.3.1焊接工序时间对比
3.2.3.2材料消耗对比
3.3 焊接接头检验
3.3.1 无损探伤检验
3.3.1.1 X射线检验
按标准中检测工艺，对新工艺试板进行X射线检验，总计拍片3张，其中一次返修0张、二次返修0张、三次返修0张，扩透0张，评定结果：Ⅰ级片2张、Ⅱ级片1张，Ⅲ级片0张、Ⅳ级片0张，被检焊缝质量达到GB/T3323-2005标准Ⅱ级质量要求。
3.3.1.2 渗透探伤
按标准中检测工艺，对新工艺试板进行渗透探伤检验，共检验焊缝3条，未发现超标缺陷。评定结果：被检焊缝质量达到JB/T4730.5-2005标准Ⅰ级焊缝表面质量要求。
3.3.1.3 超声波探伤
按标准中检测工艺，对新工艺试板进行超声波探伤检验，共检验焊缝3条，未发现超标缺陷。评定结果：被检焊缝质量达到GB11345-2013标准Ⅰ级焊缝质量要求。
3.3.2 力学性能检验
按标准中检测工艺，对新工艺试板进行拉伸、弯曲、冲击力学性能试验。
3.3.2.1 拉伸试验共检验试样2件，试验抗拉强度Rm(MPa)=481、484﹥470（标准值）。
3.3.2.2 弯曲试验共检验试样4件，在21℃试验温度下，分别进行弯曲角度180度面弯和背弯，冷弯后，试样的拉伸面上和热影响区内任何方向上均无大于3mm长的开裂缺陷。
3.3.2.3 冲击试验共检验试样10件，在0℃试验温度下，分别在焊缝区和热影响区进行冲击试验，焊缝区冲击吸收功Akv(J)=86、80、92、98、106﹥34（标准值），热影响区冲击吸收功Akv(J)=80、60、85、96、112﹥34（标准值）。
评定结果：被检焊缝拉伸、弯曲、冲击力学性能符合DL/T868-2014标准质量要求。
3.3.3 金相检验
按标准中检测工艺，对新工艺试板进行金相试验，共检验试样5件，被检焊缝根部全部焊透、无咬边、焊缝金属和热影响区表面5倍放大镜观察未发现裂纹、未熔合、气孔、夹渣，角焊缝两焊角之差不大于3mm。被检焊缝质量符合DL/T868-2014标准中宏观金相试验规定。
4 结束语
采用新工艺，使焊接效率有了显著的提高，简化了施工工序、提高生产效率，节约成本。与传统的工艺相比，工序节约时间为20%左右，耗材节约为22%，无损探伤合格率高，综合造价低，确实做到改进工艺，并投入应用。
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
[3]焊接工艺评定规程 DL/T868-2014，国家能源局
论文作者:麦森
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/27
标签：电弧论文; 焊丝论文; 焊剂论文; 气孔论文; 速度论文; 质量论文; 缺陷论文; 《基层建设》2018年第34期论文;