管板仰位焊條電弧焊工藝要點(diǎn)

趙海云, 李海明, 李津, 胡建洪

(中國(guó)石油大港油田采油五廠，天津 300283)

0 前言

管板焊接，既不同于板件的橫位焊接，也不同于垂直固定管件的橫位焊接，其焊接的特點(diǎn)在于：管件開(kāi)坡口，板件不開(kāi)坡口。管件的坡口根部較薄，容易擊穿，板件較厚，不易擊穿。焊接時(shí)管件和板件需要的熱量不平衡，同時(shí)吸收焊接熱量和傳遞散發(fā)熱量的速度也不一樣，容易出現(xiàn)未熔合、夾渣等缺陷。管板焊接為單坡口焊縫，焊縫窄，且焊縫的上端有板件障礙，限制了焊接時(shí)的運(yùn)條范圍，給焊縫的焊接帶來(lái)一定的困難[1-4]。

在很多生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的壓力容器的人孔的焊接，法蘭的焊接，由于所處的各種位置的不同，造成了焊工對(duì)管件焊口的各種空間位置都要具備有熟練的操作能力。同樣的管口與罐體或者與法蘭的對(duì)接焊，因?yàn)槲恢玫牟煌蜁?huì)產(chǎn)生平角焊，水平焊，仰角焊，其中以仰角焊，難度最大，焊口處于自下而上，焊工需要全程仰頭抬臂，隨著管口直徑不停的移動(dòng)位置。焊接過(guò)程中，熔化的鐵水熔池稍有不慎就會(huì)下墜或者產(chǎn)生焊縫夾渣，造成缺陷。這里介紹管板仰位焊接焊條電弧焊的工藝要點(diǎn)，包括材料準(zhǔn)備、焊接參數(shù)的選擇、焊接操作要點(diǎn)等內(nèi)容，希望對(duì)類似的焊接操作有一定的參考作用。

1 試驗(yàn)材料與方法

采用普通的Q235鋼母材，板件尺寸為200 mm×200 mm×12 mm，管件尺寸為φ114 mm×8 mm×150 mm，板件中心開(kāi)孔徑為管件內(nèi)徑大小的通孔，管件坡口角度開(kāi)45° ±5°、鈍邊尺寸1.5 ～ 2.0 mm，管口垂直正坐式對(duì)正板中心圓孔，管內(nèi)徑邊線與板中心圓孔邊線對(duì)正，預(yù)留好間隙。打磨加工要求如圖1所示[1]，表1是 Q235鋼的主要化學(xué)成分及含量。

表1 Q235鋼主要合金元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖1 打磨加工要求

選擇便于仰位焊接且力學(xué)性能良好的E5015型焊條，并采用利于操作的較小直徑(3.2 mm)，其化學(xué)成分要求見(jiàn)表2[2]。

表2 E5015焊條主要合金元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

用磨光機(jī)、銼刀等工具在鋼管內(nèi)、外壁兩側(cè)20 mm和板件通孔焊接側(cè)20 mm范圍內(nèi)除凈鐵銹、油污和氧化皮等雜質(zhì)，使其呈現(xiàn)金屬色澤，注意打磨過(guò)程中不要破壞坡口角度和鈍邊尺寸，打磨的效果如圖2所示。

圖2 打磨效果圖

由于管件厚度為8 mm，用規(guī)格為3.2 mm焊條進(jìn)行焊接時(shí)，分為組對(duì)和定位焊接、打底層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接等工藝過(guò)程。各層的焊接參數(shù)要求見(jiàn)表3[2]。

表3 主要焊接工藝參數(shù)

2 焊接工藝流程

2.1 點(diǎn)固焊接

管板試件組對(duì)示意圖如圖3所示，對(duì)接間隙2.5～3.2 mm左右，一般應(yīng)用等徑的焊條夾在試件的中間作為參考，錯(cuò)邊量控制在1 mm以內(nèi)，可用內(nèi)對(duì)口器輔助操作。

圖3 組對(duì)位置示意圖

定位焊均布三點(diǎn)，不要在起焊處進(jìn)行定位焊，每段定位焊縫的長(zhǎng)度為5.0～10.0 mm，焊縫厚度控制在2.0 mm左右，參如圖4所示。根部定位焊縫是焊縫的一部分，工藝要求與正式焊接時(shí)相同，以防止產(chǎn)生裂紋并避免焊接過(guò)程中收縮變形量過(guò)大。定位焊后應(yīng)仔細(xì)檢查定位焊縫，如發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，應(yīng)用手砂輪將缺陷清除干凈，重新進(jìn)行定位焊接。定位焊縫的兩端加工成斜坡形，以便于打底焊縫的焊接操作，組對(duì)效果如圖5所示。

圖4 定位焊示意圖

圖5 組對(duì)效果

2.2 打底層焊接

打底焊接時(shí)，在前半部分合適的起焊處前10.0 mm的地方用敲擊法引弧，電弧引燃后先不要正式焊接，先拉至起焊點(diǎn)的坡口中間并拉長(zhǎng)電弧，起到預(yù)熱起焊點(diǎn)的作用，待坡口兩邊沿有熔化跡象時(shí)，壓低電弧往上頂，看到形成熔池并聽(tīng)到擊穿的“噗噗”聲后，立即收弧，從第一個(gè)定位焊點(diǎn)至第二個(gè)定位焊點(diǎn)為一個(gè)挪動(dòng)的間歇，如此反復(fù)操作和挪動(dòng)身體如此反復(fù)進(jìn)行直至整個(gè)打底層焊接完成。焊接過(guò)程中要掌握好起弧、收弧的時(shí)間，一般是2～3 s。如果發(fā)現(xiàn)熔池金屬有下淌的趨勢(shì)時(shí)，立即收弧并延長(zhǎng)停弧的時(shí)間，待熔池金屬顏色變暗后再繼續(xù)焊接。

焊接的位置處于仰焊位，熔融金屬受重力作用有下墜的傾向，為了避免焊縫出現(xiàn)內(nèi)凹和焊瘤，焊接坡口角度和焊接電流的選擇都很重要，如圖6所示。此外，焊接動(dòng)作要穩(wěn)定，每次引弧的位置要準(zhǔn)確，收弧的動(dòng)作要果敢利落，保持短弧施焊，坡口兩邊停留時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)。

圖6 打底層焊接角度示意圖

后半部分的焊接方法跟前半部分一樣，只是后半部分焊接時(shí)要多出兩個(gè)焊道的接頭，接頭部分的處理可以用鏨子、銼刀或者是角向磨光機(jī)修整為緩坡以便于接頭處的熔合和焊透。接頭起焊時(shí)跟前半部分的起弧方式一樣也是在起焊處前約5.0～10.0 mm的地方起弧，待電弧燃燒穩(wěn)定后慢慢壓低電弧，移動(dòng)到起焊處稍停一會(huì)，看到形成熔池后進(jìn)入正常焊接。收弧處要填滿緩坡且要焊過(guò)初始引弧處5.0～10.0 mm，避免產(chǎn)生收弧縮孔和弧坑。

打底焊接結(jié)束后，對(duì)焊道進(jìn)行清渣處理，以便于下一步填充層的操作，防止下一步焊接時(shí)出現(xiàn)夾渣缺陷，打底焊接的效果如圖7所示.一是打底效果好的基本可以滿足要求；二是效果不好的，其原因是沒(méi)有掌握好打底焊接的角度和坡口兩邊沿停留的時(shí)間，打底操作時(shí)要調(diào)整好焊接的位置、焊條的角度及焊接電流等重要參數(shù)，以保證取得良好的焊接效果。

圖7 打底焊接的效果

2.3 填充層焊接

填充層的焊接，可根據(jù)個(gè)人焊接手法的不同，采用單道或多道進(jìn)行焊接，焊接角度如圖8所示。

圖8 填充層和蓋面層焊接示意圖

采用多道焊時(shí)可選用直線或小圓圈運(yùn)條，類似于板對(duì)接橫位焊的填充層操作手法，由下至上分2～3道填充。第一道應(yīng)保證焊縫金屬與坡口下邊沿的熔合，避免出現(xiàn)未熔合、熔池下墜、咬邊等缺陷；中間焊道要壓住第一道的1/3～1/2處，保證焊道間的充分熔合防止焊道脫節(jié)；后面的焊道，也就是最上面的焊道一定要保證焊縫金屬與鋼板底面的熔合，避免出現(xiàn)咬邊、未熔合和熔池下墜。整個(gè)填充層的焊接速度不要太快，使焊道自下而上緊密排列。焊接過(guò)程中保持熔池清晰可見(jiàn)，防止熔池與熔渣混淆不清的現(xiàn)象出現(xiàn)，否則應(yīng)拉長(zhǎng)電弧向后甩一下，將鐵水和熔渣分離再繼續(xù)焊接。還要注意，填充層焊接時(shí)不要將坡口下邊沿蓋住，要留出1.0～2.0 mm的余量。填充層的成型效果應(yīng)該是中間略鼓，為蓋面層的焊接做好準(zhǔn)備。

單道焊接填充層可選用斜鋸齒形運(yùn)條，下坡口面停留時(shí)間要段，上坡口面停留時(shí)間要稍長(zhǎng)一點(diǎn)，防止熔池下墜形成焊瘤及上坡口面與鋼板底面產(chǎn)生咬邊缺陷，填充效果與多層焊接相同[3]，填充效果如圖9所示。

圖9 填充效果

2.4 蓋面層焊接

完成打底和填充層焊接后，整個(gè)焊道大部已經(jīng)被填滿，剩下的蓋面層不僅要保證焊接質(zhì)量還要兼顧焊縫的美觀，為了得到中間凸起的效果可采用斜鋸齒和月牙形運(yùn)條的方法。蓋面層可分為三道焊，第一道占據(jù)整個(gè)蓋面層焊縫寬度的1/2～2/3，與填充層的要求一樣保證下坡口面的熔合；第二道占據(jù)蓋面焊縫總寬度的1/2，壓第一道焊縫的1/3～1/2，保證焊道間的熔合；第三道應(yīng)保證焊縫金屬與鋼板底面的熔合，而且垂直焊接角度要小一些，防止出現(xiàn)咬邊，完成的效果如圖10所示。

圖10 蓋面效果圖

3 結(jié)論

管板對(duì)接仰位手工焊條電弧焊是所有焊接形式中較難的一種，只有熟練掌握焊接操作的所有基本焊接手法能才完成，每一步驟都要掌握操作要點(diǎn)。

(1)焊件處理時(shí)，嚴(yán)格按照打磨的要求，清除焊縫邊沿20 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污和氧化皮等雜質(zhì)。

(2)打底層要保證焊透，坡口兩邊要熔合好，防止出現(xiàn)縮孔、未熔合、咬邊及較深的凹槽等缺陷，該層的焊接時(shí)要調(diào)整好焊接電流、控制焊條角度和停留時(shí)間。

(3)填充層要做到焊接勻速平穩(wěn)，焊接角度適時(shí)變化，保證焊縫中間凸起并與坡口下邊沿及鋼板底面熔合良好。

(4)蓋面層焊接的整體效果和填充層要求差不多，但最后一道的焊接一定要減小垂直焊接角度以保證鋼板底面不會(huì)出現(xiàn)咬邊。