管-管對(duì)接焊品質(zhì)提升措施的研究

鐘桂強(qiáng)

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

焊接技術(shù)是一門(mén)重要的金屬加工技術(shù)，盡管焊接技術(shù)發(fā)展很快，自動(dòng)化程度也越來(lái)越占據(jù)著重要的地位，尤其在管-管對(duì)接的液壓管路，單面焊雙面成型焊接技術(shù)的作用更顯突出。自從引進(jìn)應(yīng)用管-管對(duì)接自動(dòng)脈沖鎢極氬弧焊技術(shù)后，管件焊接品質(zhì)快速提高，對(duì)管-管對(duì)接單面焊雙面成型的焊接技術(shù)，提出了新的要求，焊縫表面應(yīng)圓滑過(guò)渡至母材，表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷。

但在實(shí)際操作中，由于設(shè)備、材料、工藝及操作等原因，使得形成的焊縫達(dá)不到理想的品質(zhì)效果，從而未完全發(fā)揮出該項(xiàng)技術(shù)的水平。

1 管—管對(duì)接焊的概念

管-管對(duì)接焊指單面焊雙面成型焊接，是采用普通焊條的脈沖氬弧焊技術(shù)，在不需要任何輔助措施的條件下，只是在坡口的大小根據(jù)不同的操作方法，留出不同的間隙，在坡口的正面進(jìn)行焊接，就會(huì)在坡口的正、背兩面都能得到均勻整齊、成型良好、符合品質(zhì)要求的焊縫，這種方法主要適用于管管對(duì)接、板材對(duì)接接頭，是液壓管路焊接工應(yīng)熟練掌握的操作技能。

圖1 管-管對(duì)接焊技術(shù)

2 常見(jiàn)的焊接缺陷

2.1 尺寸上的缺陷

包括焊接件的尺寸誤差和焊縫形狀不佳等。焊縫外表高低不平和波紋粗劣，焊縫寬度不均勻，太寬或太窄，焊縫余高過(guò)高或過(guò)低等，都屬于焊縫尺寸及形狀不符合要求，這些缺陷不僅是焊縫成型不美，而且容易造成應(yīng)力集中，影響焊縫與母材的結(jié)合強(qiáng)度。

2.2 結(jié)構(gòu)上的缺陷

包括氣孔、夾渣、熔合不良、未焊透、咬邊、裂紋、表面缺陷等。這些缺陷是焊接過(guò)程中，最容易出現(xiàn)的缺陷，這些缺陷減弱了焊縫的有效面積，降低了焊接接頭的力學(xué)性能，而且亦容易造成應(yīng)力集中，引起裂紋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，是焊接結(jié)構(gòu)無(wú)法承受正常工作載荷。

圖2 焊接缺陷

2.3 性質(zhì)上的缺陷

包括力學(xué)性能和化學(xué)性質(zhì)等，不滿足焊件使用要求的缺陷。力學(xué)性能，指的是抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度、塑性、疲勞強(qiáng)度、彎曲角度等；化學(xué)性質(zhì)，指的是化學(xué)成分和耐腐蝕性等。這些缺陷使焊縫無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的力學(xué)性能和化學(xué)性能。

3 焊接缺陷的原因分析

3.1 焊接電源自身的因素

焊接電源，是焊接工藝執(zhí)行過(guò)程中最重要的因素，若焊接電源自身性能不好，必然會(huì)產(chǎn)生不良的焊件，當(dāng)焊機(jī)的引弧性能差，電弧燃燒不穩(wěn)定，就不能保證工藝參數(shù)穩(wěn)定，焊接過(guò)程就無(wú)法正常進(jìn)行，焊接品質(zhì)就得不到保證。

用交流電源焊接時(shí)，電源穩(wěn)定性差；用直流電源焊接時(shí)，電弧穩(wěn)定、柔順、飛濺少，但電弧偏吹較交流電源嚴(yán)重，低氫型焊條穩(wěn)弧性差，通常必須采用直流弧焊電源。用小電流焊接薄壁鋼管時(shí)，也常用直流弧焊電源，因?yàn)橐”容^容易，電弧比較穩(wěn)定。低氫型焊條用直流電源焊接時(shí)，一般用反接，因?yàn)榉唇与娀”日臃€(wěn)定。

3.2 工藝因素對(duì)焊接品質(zhì)的影響

（1）焊接電流。焊接電流選擇恰當(dāng)與否，直接影響到焊接的最終品質(zhì)。焊接電流過(guò)大，可以提高生產(chǎn)率，并使熔透深度增加，但容易出現(xiàn)咬邊、焊穿、增加焊件變形和金屬飛濺量，也會(huì)使焊接接頭的組織，由于過(guò)熱而發(fā)生變化，并增大氣孔傾向，尤其是在立焊操作時(shí)熔池難以控制，易出現(xiàn)焊瘤，弧長(zhǎng)增加，就會(huì)產(chǎn)生咬邊；焊接電流過(guò)小，使電弧不穩(wěn)，熔透深度減小，易出現(xiàn)未焊透、熔合不良、夾渣、脫節(jié)等缺陷。

焊接電流應(yīng)根據(jù)管件厚度、接頭形式、焊接位置、焊接層數(shù)、焊條類(lèi)型、焊條直徑和焊接經(jīng)驗(yàn)等因素綜合考慮，對(duì)于一定的直徑的焊條，有一個(gè)合適的焊接電流范圍，可參考表1。

表1 焊接電流與焊絲直徑的關(guān)系

（2）焊接速度。焊接速度是表征焊接生產(chǎn)效率的主要參數(shù)。合理選擇焊接速度，對(duì)保障焊接品質(zhì)尤為重要。焊接速度應(yīng)當(dāng)均勻適當(dāng)，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時(shí)還要使焊縫寬度和余高等符合設(shè)計(jì)要求。焊接速度快，熔池溫度不夠，易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷；焊接速度過(guò)慢，高溫時(shí)間變長(zhǎng)，熱影響區(qū)寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，機(jī)械性能變低，焊件的變形量增大，同時(shí)焊接速度過(guò)慢，還會(huì)使每層的厚度增大，導(dǎo)致熔渣倒流，形成夾渣等缺陷。

（3）電弧電壓。焊接過(guò)程中合理的控制電弧長(zhǎng)度，是保證焊縫品質(zhì)穩(wěn)定的重要因素。焊絲電弧焊電弧電壓，主要由電弧長(zhǎng)度決定，電弧長(zhǎng)度越大，電弧電壓越高，電弧長(zhǎng)度越短，電弧電壓越小，電弧過(guò)長(zhǎng)，對(duì)熔化金屬的表面壓力過(guò)大,不利于熔池的攪拌,使溶池中氣體及溶渣上浮受阻，從而引起氣孔、夾渣等缺陷的產(chǎn)生。

（4）焊接層數(shù)選擇。單面焊雙面成形焊接層數(shù)的選擇，對(duì)焊縫品質(zhì)也有一定的影響，每層厚度過(guò)大，對(duì)焊縫金屬的塑性有不利的影響，且焊接過(guò)程中熔渣易倒流，產(chǎn)生夾渣和未熔合等缺陷，但每層厚度也不易過(guò)小，以免造成焊縫兩側(cè)熔合不良。

（5）焊條類(lèi)型及焊條直徑的影響。焊縫金屬的性能，主要由焊條和焊件金屬互相熔化來(lái)決定。因此焊條類(lèi)型選擇恰當(dāng)與否，焊條直徑的大小除了對(duì)生產(chǎn)效率有一定的影響外，對(duì)焊接品質(zhì)也有一定的影響。焊條直徑、焊接方式、施焊位置和焊接層數(shù)，對(duì)于重要的結(jié)構(gòu)還要考慮焊接熱輸入的要求，如表2。

表2 焊件壁厚與焊絲直徑的關(guān)系

在鋼管內(nèi)壁相同的情況下，平焊位置所選用的焊接直徑比其他位置大一些，立焊、橫焊和仰焊應(yīng)選用較細(xì)的焊絲。

3.3 操作因素

焊前如果對(duì)工件上的油、銹、水分清理不嚴(yán)格，會(huì)導(dǎo)致后期焊接時(shí)焊縫產(chǎn)生大量的氣孔、砂眼及未焊透的品質(zhì)缺陷。

在焊接過(guò)程中，焊工對(duì)焊接參數(shù)的選擇，如果未按照工藝要求進(jìn)行操作，同樣會(huì)產(chǎn)生如圖2所示的缺陷類(lèi)型，從而使焊接品質(zhì)達(dá)不到要求。

4 提高單面焊雙面成型焊接品質(zhì)的措施

4.1 設(shè)備選擇

焊接電流電壓，作為管件焊接品質(zhì)重要的影響因素，其電源的穩(wěn)定性，就顯得相當(dāng)重要。因此在選擇焊接電源時(shí)，應(yīng)選擇帶有對(duì)電壓波動(dòng)的具有自身調(diào)節(jié)及穩(wěn)定功能的設(shè)備，或者在電源前增加穩(wěn)壓器，以便提高對(duì)電流電壓穩(wěn)定性的控制。

4.2 焊接操作

（1）工藝參數(shù)選擇方向。

其一，焊絲電弧焊的工藝參數(shù)，通常包括焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電源種類(lèi)和極性。工藝參數(shù)的選擇正確與否，直接影響焊縫形狀、尺寸、焊接品質(zhì)和生產(chǎn)率，因此選擇合適的焊接工藝參數(shù)，是焊接生產(chǎn)中不可忽視的一個(gè)重要問(wèn)題；

其二，焊接電流應(yīng)根據(jù)管件厚度、焊接位置、焊絲類(lèi)型、焊絲直徑和焊接經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，保證所選的電流，不易造成焊縫咬邊、燒穿、夾渣、未焊透等缺陷。焊接過(guò)程應(yīng)盡量選擇使用短弧焊接，立焊比平焊更短些，以利于熔滴過(guò)度，防止熔化金屬下滴。焊速應(yīng)合適，不應(yīng)過(guò)慢，以避免高溫停留增長(zhǎng)，影響焊縫的機(jī)械性，但焊速也不宜過(guò)快，以免造成未熔合、未焊透等缺陷。焊接速度直接影響生產(chǎn)率，所以應(yīng)該在保證焊縫品質(zhì)的基礎(chǔ)上，采用較大的焊絲和焊接電流，同時(shí)根據(jù)具體情況適當(dāng)加快焊接速度，以提高生產(chǎn)率，對(duì)于管路液壓件，采用焊后緩冷的措施，避免冷裂紋的產(chǎn)生。

其三，焊接參數(shù)對(duì)熱影響區(qū)的大小和性能有很大影響，采用小的焊接參數(shù)，如降低焊接電流，增大焊接速度等，都可以減小熱影響區(qū)的尺寸，采用小的焊接速度參數(shù)，也可以防止過(guò)熱組織生成和精力細(xì)化。

（2）焊工技術(shù)水平。

其一，焊接生產(chǎn)中，焊工對(duì)單面焊雙面成型操作技術(shù)掌握的水平和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，往往決定了焊縫的品質(zhì)，因此加強(qiáng)焊工的操作技能訓(xùn)練及管-管對(duì)接單面焊雙面成型的焊接參數(shù)的掌握，是保證質(zhì)量的關(guān)鍵。

其二，焊接時(shí)，焊槍、焊絲和工件之間，必須保持正確的相對(duì)位置，焊直縫時(shí)通常采用左向焊法。焊絲與工件間的角度不宜過(guò)大，否則會(huì)擾亂電弧和氣流的穩(wěn)定。手工鎢極氬弧焊時(shí)，送絲可以采用斷續(xù)送進(jìn)和連續(xù)送進(jìn)兩種方法；要絕對(duì)防止焊絲與高溫的鎢極接觸，以免鎢極被污染、燒損，電弧穩(wěn)定性被損壞。斷續(xù)送絲時(shí)，要防止焊絲端部移出氣體保護(hù)區(qū)而氧化。環(huán)縫自動(dòng)鎢極氬弧焊時(shí)，焊槍?xiě)?yīng)逆旋轉(zhuǎn)方向偏離工件中心線一定距離，以便于送絲和保證焊縫的良好成形。

（3）焊接參數(shù)設(shè)置。

其一，Ib 一般為Ip的10%～20%，tb為tp的1～3倍。Ib 與tb的相互匹配，應(yīng)保證電弧不滅及熔池在tb期間得以凝固。

其二，RA、RW 值較大時(shí)，脈沖特點(diǎn)較顯著，有利于克服熱裂紋，但過(guò)大會(huì)增加咬邊傾向。焊接過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)RA、RW 和焊接速度，在一定程度上可控制熔透率，避免產(chǎn)生熱裂紋和咬邊。

其三，焊接速度和脈沖頻率要相互匹配，以滿足焊點(diǎn)間距的要求。它們之間的關(guān)系如下：式中，

l w=Vw／2.16 f

lw為焊點(diǎn)間距，mm；

Vw為焊接速度，cm/min；

f為脈沖頻率，Hz。

為了獲得連續(xù)致密的焊縫，要求焊點(diǎn)之間應(yīng)有—定的相互重疊量（即lw 不能過(guò)大），如表3為Φ 34 mm×4 mm產(chǎn)品焊接參數(shù)相互關(guān)系。

表3 焊接工藝參數(shù)表

4.3 做好焊前準(zhǔn)備

焊前應(yīng)對(duì)焊機(jī)進(jìn)行試焊，確認(rèn)焊機(jī)的引弧性能和穩(wěn)定性能好，工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)方便、靈活方可使用。管件應(yīng)進(jìn)行倒角形成坡口，鈍邊尺寸一般選在1～1.5 mm之間，坡口邊緣20 mm內(nèi)處用磨光機(jī)打磨，并將表面的鐵銹、油污等清除干凈，露出金屬光澤。

5 結(jié)束語(yǔ)

單面焊雙面成型焊接技術(shù)，在管-管對(duì)接電弧焊焊接領(lǐng)域，占有不可替代的作用，優(yōu)質(zhì)的單面焊雙面成型焊接品質(zhì)，可以滿足設(shè)計(jì)要求，保證正常的產(chǎn)品壽命，而一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的焊接缺陷，就會(huì)影響產(chǎn)品的使用壽命，甚至給安全帶來(lái)威脅，引起安全事故。

為了防止這類(lèi)缺陷的產(chǎn)生，對(duì)單面焊雙面成型技術(shù)進(jìn)行更深一步探索，通過(guò)對(duì)造成這些缺陷的因素分析，逐步改善和提高單面焊雙面成型的焊接品質(zhì)。單面焊雙面成型的焊接品質(zhì)，受設(shè)備、焊材工藝流程、操作水平的限制，通過(guò)對(duì)這些限制的深入研究，找出造成品質(zhì)差的原因，提出相應(yīng)的防止措施，解決了單面焊雙面成型技術(shù)的缺陷，將原來(lái)易焊穿、未焊透、焊瘤過(guò)大、成型不均勻、收弧不銜接及多氣孔等品質(zhì)缺陷問(wèn)題，得到了很好的控制，產(chǎn)品焊接品質(zhì)一次交檢合格率，大幅度提升，相應(yīng)的解決措施，對(duì)單面焊雙面成型的作業(yè)起到了指導(dǎo)作用。

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