單面焊雙面成形焊接技術(shù)在板狀加工中的應(yīng)用

文 謝小云

(謝小云，本科，一級實習(xí)指導(dǎo)教師，廣東省廣州市機電技師學(xué)院，510370)

手工焊條電弧焊是中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校進行技能訓(xùn)練、技術(shù)考核、技能競賽等所遇到的。手工焊條電弧焊是用手工操作焊條進行焊接的電弧焊方法，通常用于焊接碳鋼板和低合金鋼板。單面焊雙面成形焊接技術(shù)是采用普通焊條，以特殊的操作方法在坡口背面無任何輔助襯墊的條件下，在坡口正面進行焊接，焊后保證坡口的正反面都能得到均勻整齊、成形良好、符合質(zhì)量要求的焊縫的焊接操作方法[1]。板狀試件單面焊雙面成形焊接的操作中，焊條熔滴受重力等影響容易偏離焊條軸線，熔池金屬受重力等影響容易下墜，甚至流淌至下坡口面，造成未熔合及夾渣等缺陷。要保證焊透，用開V形坡口的形式進行多層多道焊，第一層打底焊道的焊接是操作的關(guān)鍵，正確的運條角度，控制熔池形狀，使熔池金屬的冶金反應(yīng)較完全，氣體與雜質(zhì)排除干凈，并與母材很好地熔合，在培訓(xùn)考證、技能競賽時要通過透視檢驗。

一、工藝特點

單面焊雙面成形主要適用于板狀對接接頭、管狀對接接頭、騎座式管板接頭，按接頭位置不同可進行平焊、立焊、橫焊、仰焊等位置操作焊接，用于坡口的對接。

例如板狀橫焊的底層采用單面焊雙面成形的焊接技術(shù)，在空間位置不同，使焊縫的上邊緣出現(xiàn)咬邊、夾渣等焊接缺陷。而下部與中部也容易產(chǎn)生未熔合、層間夾渣等焊接缺陷，同時橫焊試板位置處于水平線上，大多采用多層多道焊，焊縫重疊排列堆焊而成，焊縫成形控制比較困難。要保證焊縫良好的成形和質(zhì)量要求，必須選擇最佳焊接規(guī)范和合適的運條手法[2]。配合合適的運條角度觀察熔孔的大小，控制焊接速度易于保證焊縫成形。

二、工藝方法

單面焊雙面成形焊接方法主要有：斷弧焊法和連弧焊法。低碳鋼焊接時的打底層焊道采用間斷滅弧法。其操作要點在于通過電弧反復(fù)交替燃燒與熄滅，并控制熄弧時間，從而控制熔池溫度、形狀和位置，以獲得良好的背面成形和內(nèi)部質(zhì)量[3]，橫板的實際操作間隙比連弧焊稍大，選用的焊接電流也較寬，使電弧具有足夠的穿透能力。間斷滅弧法操作顯得靈活和適用。而連弧焊法即在焊接過程電弧始終燃燒，并做有規(guī)則的擺動，使熔滴均勻地過渡到熔池中，達到良好的背面成形。但是焊接過程隨著溫度的升高難以控制，熔池形狀、尺寸難保證，根部焊透難保證，甚至出現(xiàn)焊瘤。

三、橫焊位置的工藝分析

1.要有合適的坡口角度和鈍邊、間隙

坡口角度和鈍邊、間隙是影響焊縫成形、尺寸和變形的因素，V形坡口單面焊雙面成形的坡口形式和組裝的要求比較嚴格。

2.要有合適焊接電流

焊接電流：焊接電流直接影響焊道的熔深，單面焊雙面成形工藝是采用小的電流滅弧焊進行操作的，采用大電流操作時，容易出燒穿、焊瘤等缺陷。

實驗證明：當采用直徑為3.2 mm的堿性焊條，打底層焊接電流為125～130 A，滅弧焊法從燃?。附樱瓟嗷。蓟。附樱瓟嗷〉难h(huán)操作，形成的熔池較合適；填充層電流為130～135 A，焊條作橢圓連弧焊接[2]；蓋面層選用直徑為3.2 mm ，電流135～140 A，連弧作小橢圓擺動運條法操作，形成的焊道較為合適。

3.要有合適操作方法

單面焊雙面成形工藝是采用較大的電流滅弧焊，四層焊接，打底層、填充層和蓋面層采用相同的焊條直徑，熔池的溫度和尺寸容易掌握，不易產(chǎn)生夾渣、氣孔、未熔合等缺陷，總體焊接變形較小；另外焊接接頭容易接上，不易產(chǎn)生缺陷，但操作不當也會產(chǎn)生缺陷，要引起注意。

4.焊條與工件角度

焊接過程中，焊條與工件縱向和橫向的角度是保證單面焊雙面成形打底焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，需要特別注意。焊接橫板時，焊條與前進方向的夾角為60o～65o，與工件后傾角為65o～70o，填充層、蓋面層時焊條角度為75o～80o，與工件后傾角為70o～80o[2]。實驗證明，角度有較大的影響，操作中應(yīng)特別注意。

5.打底層

打底焊時，焊接接頭處用角磨機修磨成緩坡形狀，修磨時注意不要把坡口的邊緣破壞，致使根部間隙變寬，增加打底焊焊接的困難。在競賽過程中不允許使用角磨機修磨，可以采用鏨子把接頭鏨修出緩坡形狀，更換焊條時的接頭，焊條引弧應(yīng)在坡口內(nèi)接頭的熔池進行預(yù)熱焊接，熔合良好，并焊出熔孔，才可以轉(zhuǎn)入正常的斷弧法焊接。如果熱接頭方法，就要在較迅速準確熟練的情況下才使用。

四、橫板單面焊雙面成形操作

1.焊接加工過程

焊件加工準備：選用兩塊材質(zhì)為Q235的低碳鋼板，焊件規(guī)格約為300 mm×250 mm×12 mm ，制備V型坡口，按表1進行加工。

表1

焊件的清理：用砂輪機清理坡口兩面20 mm 范圍內(nèi)的鐵銹、氧化皮等污物，直至露出金屬光澤。

焊條與電源：選用堿性焊條，焊前經(jīng)350℃～400℃烘焙1h，保溫2h，然后放入焊條保溫筒中備用。焊前要檢查焊條質(zhì)量，焊接電源采用ZX7-400焊機，直流反接法。

裝配及定位：定位焊點在兩端坡口內(nèi)側(cè)距板邊15～20 mm處向外邊緣焊接，采用E5015(J507)焊條定位焊點長度為15 mm，焊透與正式焊時的質(zhì)量并有足夠的強度，放置于焊接架上，準備進行焊接。

2.焊接過程

橫焊焊接工藝參數(shù)見表2，重點是打底層焊接過程的運條、焊接角度調(diào)節(jié)及操作要領(lǐng)。

表2 橫焊焊接工藝參數(shù)

打底層的焊接：第一層打底焊采用間斷滅弧擊穿法。首先在定位焊點之前劃擦引弧，隨后將電弧拉到定位焊點的尾部預(yù)熱，當坡口兩側(cè)鈍邊達到半熔化狀態(tài)時，將熔滴送至坡口根部，并壓一下電弧，從而使熔化的部分定位焊縫和坡口鈍邊熔合成第一個熔池。當聽到背面有電弧擊穿“噗噗”聲時，立即滅弧，這時就形成明顯的熔孔。沒有這個聲音則表示未焊透。然后按先上坡口、后下坡口的順序依次往復(fù)擊穿滅弧焊。滅弧時，焊條向后下方動作要快速、干脆利落。從滅弧轉(zhuǎn)入引弧時，焊條要接近熔池，待熔池溫度下降、顏色由亮變暗時，迅速而準確地在原熔池的2/3上引弧焊接熔化兩側(cè)鈍邊，再馬上滅弧。如此反復(fù)地引?。附樱瓬缁。?。焊接時要注意下坡口面擊穿的熔孔始終超前上坡口面熔孔約為0.5～1個熔孔，(直徑3 mm左右)，每個新熔池覆蓋前一個熔池2/3左右，保持電弧的1/3部分在試件背面燃燒，以加熱和擊穿坡口根部。短弧焊接，滅弧頻率也適當提高到每分鐘60～70次，可以有效地防止熔化金屬下墜造成粘接，出現(xiàn)熔合不良的缺陷。

在更換焊條滅弧前，必須向熔池反復(fù)補充兩三滴熔滴，防止背面出現(xiàn)冷縮孔。然后將電弧拉到熔池的側(cè)后方果斷滅弧，接頭時，在原熔池后面10～15 mm處引弧，焊至接頭熔孔處稍拉長電弧，有手感把電弧往后輕壓一下，聽到“噗噗”聲后稍作停頓，形成新的熔池后，再轉(zhuǎn)入正常的斷弧法焊接。采用斷弧焊方法完成打底層的焊接。坡口背面的焊縫縫余高為1.5～2 mm，正面余高為2～3 mm。

填充層的焊接：填充層焊接采用多層多道(共2層、5道)焊接層次和順序，第一遍填充層為Ф3.2 mm焊條連弧堆焊2道；第二遍填充層，Ф3.2 mm焊條連弧堆焊3道而成。施焊時按照表2的參數(shù)調(diào)節(jié)好，焊前仔細清理打底焊，注意死角處的焊渣清理干凈，在距離焊縫始焊端10 mm左右處引弧，將電弧拉回到始焊端進行焊接，每次都應(yīng)按此方法操作，防止端部焊接缺陷的產(chǎn)生，作小的橢圓形運條，焊條與試板的下傾角為70°～80°。操作時下坡口應(yīng)壓住電弧為好，不能產(chǎn)生夾角，并熔合良好，運條要均勻，不能太快，各焊道要平直，焊縫光滑，互相搭接2/3，在鐵水與熔渣順利分離的情況下堆焊多些鐵水讓焊縫盡量厚些。較好的填充層表面為平整、均勻、無夾渣、無夾角，最后一層焊縫厚度應(yīng)低于母材1～1.5 mm，不得熔化坡口棱角(邊)，上、下坡口邊緣平直，無燒損，以利于蓋面層的焊接。

蓋面層的焊接：蓋面層焊接也采用多道焊(分5道)，有5焊道連續(xù)堆焊完成。施焊時第1道焊縫壓住下邊坡口邊，施焊速度稍快，第2道壓住第1道的1/2，焊接速度比第1道慢些，第3道壓住第2道的2/3，第4焊道壓住第3焊道1/2，焊速均勻些，第5焊道壓住第4焊道1/3，焊接速度應(yīng)稍快，形成圓滑過渡的表面焊縫，上、下坡口邊緣各熔化1.5～2 mm為宜。注意中間層焊速慢些，上、下坡口邊緣焊道施焊時運條稍快些，焊道細些、薄些，利于焊縫與母材圓滑過渡，成形良好。

五、焊縫質(zhì)量

焊接后應(yīng)按設(shè)計要求、有關(guān)標準對焊縫進行嚴格檢查，對焊縫外觀、尺寸、表面及內(nèi)部缺陷進行確認。外觀及表面缺陷：表面完整性、弧坑、焊瘤；咬邊、火口狀態(tài)、表面氣孔、表面裂紋等。尺寸：余高、寬度；焊縫長度、焊縫寬度。競賽時X透視內(nèi)部缺陷：裂紋、未熔合、未焊透、夾渣、氣孔都由有透視質(zhì)檢資質(zhì)單位進行。

六、應(yīng)用

盡管焊接技術(shù)發(fā)展很快，自動化程度也越來越高,但手工電弧焊仍占有不可替代的地位。尤其在小直徑容器和管道的焊接方面，單面焊雙面成形焊接技術(shù)的作用更突出，與傳統(tǒng)的焊接工藝相比，具有效率高、容易控制、背面及正面成形優(yōu)良、焊縫內(nèi)部質(zhì)量容易達到探傷的質(zhì)量要求等優(yōu)點。單面焊雙面成形焊接技術(shù)應(yīng)用于制造金屬結(jié)構(gòu)、制造金屬零件或毛坯，造船、鍋爐壓力容器、機械制造、建筑結(jié)構(gòu)、化工設(shè)備等制造維修行業(yè)中。

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