余偉明

（廣東佛山528000）

1 埋弧焊簡介

埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒的一種電弧焊方法，基本原理如下：在焊劑層下，電弧在焊絲末端與焊件間燃燒，使焊劑熔化、蒸發(fā)，形成氣體，在電弧周圍形成封閉空腔。由于焊絲不斷送入，以熔滴狀進(jìn)人熔池，與熔化的母材金屬混合，隨著焊接過程的進(jìn)行，電弧向前移動(dòng)，熔池冷卻凝固后形成焊縫，密度較輕的熔渣在熔池表面，有效地保護(hù)熔池金屬，冷卻后形成渣殼。埋弧焊分為單面和雙面埋弧焊，具有焊接質(zhì)量高、無弧光、煙塵少等優(yōu)點(diǎn)。目前埋弧焊已經(jīng)發(fā)展出雙絲及多絲埋弧焊。

2 焊接工藝的選擇

2.1 焊接材料

埋弧焊鋼管材質(zhì)主要有碳鋼（如Q235A、Q235B）、合金鋼（如L290、L290、L360、L415、L485、L555）、不銹鋼（如1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Nb）。合適的焊接材料是保證焊接質(zhì)量的前提，埋弧焊的焊接材料是指焊絲和焊劑。

2.1.1 焊絲

埋弧焊所用焊絲有實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲兩類。目前生產(chǎn)中普遍使用的是實(shí)芯焊絲。焊絲的品種隨所焊金屬種類的增加而增加。目前已有碳素鋼、合金鋼和各種有色金屬焊絲等。焊絲的選擇應(yīng)使焊縫金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、耐蝕性等滿足要求，比如，對(duì)于低合金鋼埋弧焊來講，焊絲的選擇盡量是等強(qiáng)匹配（不低于或略高于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的下限）的原則，配以塑性和韌性等要求。

焊絲表面應(yīng)干凈光滑，焊接時(shí)能順利送進(jìn)，以免給焊接過程帶來干擾。除不銹鋼和有色金屬焊絲外，各種碳鋼和低合金鋼焊絲的表面最好鍍銅。鍍銅層既可防銹，也可改善焊絲與導(dǎo)電嘴的電接觸狀況。為使焊接過程穩(wěn)定進(jìn)行并減少焊接輔助時(shí)間，焊絲應(yīng)當(dāng)用盤絲機(jī)整齊地盤繞在焊絲盤上。

2.1.2 焊劑

埋弧焊使用的焊劑是顆粒狀可熔化的物質(zhì)，其作用相當(dāng)于焊條的藥皮。焊劑應(yīng)具有如下性能：

（1）良好的冶金性能。與焊絲相配合，通過適當(dāng)?shù)暮附庸に噥肀ＷC焊縫金屬獲得所需化學(xué)成分和力學(xué)性能及抗熱裂和冷裂的能力。

（2）良好的工藝性能。即要有良好的穩(wěn)弧、焊縫成形、脫渣等性能，且在焊接過程中生成的有毒氣體少。

焊劑的選擇應(yīng)和焊絲相搭配以使最終形成的焊縫具有所需要的化學(xué)成分和優(yōu)良的力學(xué)性能。比如焊接低合金鋼如Q345時(shí)，可選擇的一種匹配情形為：焊絲為H10MnSi或H10Mn2配合熔煉焊劑HJ350來使用。這種中硅中錳焊劑含有的酸性氧化物SiO2較少，堿性氧化物MgO或CaO較多，堿度較高，焊接時(shí)過渡到熔敷金屬中的硅和錳的含量就少，焊縫金屬中含氧量低，因此合金成分較為理想，也使得焊縫具有良好的塑性和韌性。鐵素體、奧氏體等高合金鋼，一般選用堿度較高的熔煉焊劑或燒結(jié)焊劑，以降低合金元素的燒損。不同鋼種焊接用的焊劑與焊絲的組合可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

2.2 預(yù)焊技術(shù)

預(yù)焊是直縫埋弧焊鋼管的焊接工藝組成部分，它是將焊縫沿全長進(jìn)行“淺焊”，是直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)中的特殊工序。

現(xiàn)代預(yù)焊技術(shù)采用了連續(xù)、高速的氣體保護(hù)焊（MAG）方式，焊道成型平直美觀。就MAG焊而言，目前有兩種方法：一種是美國和德國等國家采用的單絲雙電源的大電流高速氣體保護(hù)預(yù)焊，另一種是日本采用的雙絲高速氣體保護(hù)預(yù)焊。目前應(yīng)用較多者為單絲高速氣體保護(hù)預(yù)焊，我國從德國引進(jìn)的兩條直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線中預(yù)焊都是采用此種方法。

從鋼管的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中也可反映出預(yù)焊技術(shù)的發(fā)展，在最新的有關(guān)海洋、低溫和酸性條件用管標(biāo)準(zhǔn)IS03183-3和GB/T9711.3的6.3款中，已明確提出不允許采用斷續(xù)點(diǎn)焊，說明了預(yù)焊對(duì)鋼管質(zhì)量的重要性。

2.3 焊前準(zhǔn)備

埋弧焊在焊接前必須做好準(zhǔn)備工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊劑的烘干等。

坡口加工要保證焊縫根部不出現(xiàn)未焊透等缺陷，并在滿足要求的前提下盡量減少填充金屬量，以節(jié)約成本。常用的坡口有V型、Y型、X型、雙Y和雙U型等。在板厚相同時(shí)，雙面坡口比單面坡口，U形坡口比V形坡口消耗填充金屬少，焊接變形小，尤其是隨著板厚的增加，這些優(yōu)點(diǎn)更突出，對(duì)于較大壁厚的鋼管，可開設(shè)X或雙U型坡口。

待焊部位清理主要是去除表面鐵銹、氧化皮、油污及水分，防止氣孔、夾渣等缺陷產(chǎn)生。一般用噴砂、噴丸等方法將坡口及其兩側(cè)區(qū)域內(nèi)表面清理干凈。焊絲表面氧化皮、鐵銹等也要清理干凈。焊劑保存時(shí)要注意防潮，使用前必須按規(guī)定溫度烘干待用。

2.4 焊接工藝參數(shù)

埋弧焊工藝參數(shù)，主要是指焊絲直徑、伸出長度、焊絲傾角、電源種類和極性、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊劑種類及坡口形式等。這些參數(shù)影響著焊縫的形狀系數(shù)和熔合比，從而影響焊縫質(zhì)量。對(duì)于坡口形式及焊絲、焊劑的種類和選擇在前文中已有詳述，在此不提。

（1）焊絲直徑、伸出長度及傾角

通常埋弧焊焊絲直徑在2-5mm，其他焊接參數(shù)不變而焊絲直徑增加時(shí)，弧柱直徑隨之增加，電流密度減小，會(huì)造成焊寬增加，熔深減小。反之，則熔深增加，焊寬減小。多層焊時(shí)底層焊要選較小的焊絲直徑，這樣焊接時(shí)能很好的熔合坡口根部，避免未焊透缺陷產(chǎn)生。

在其他焊接參數(shù)不變而伸出焊絲長度增加時(shí)，該部分焊絲所受到的預(yù)熱作用增強(qiáng)，焊絲熔化速度加快，會(huì)使熔深變淺，焊縫余高增加。故須控制焊絲伸出長度，不宜過長。

焊絲傾斜方向不同，電弧對(duì)熔池?zé)嶙饔靡膊煌?。?dāng)焊絲后傾一定角度時(shí)，因電弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到預(yù)熱作用，電弧對(duì)熔池的液態(tài)金屬排出作用減弱，而導(dǎo)致焊寬較大而熔深變淺。反之，焊寬較小而熔深較大，但易使焊縫邊緣產(chǎn)生未熔和咬邊，并使焊縫成形變差。因此要根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的焊絲傾角。

焊接電流是決定焊縫熔深的主因。其他條件不變時(shí)，焊接電流增大，焊絲熔化量、焊縫的熔深及余高均增加，而焊寬變化不大；焊接電流減小時(shí)，焊絲熔化量、焊縫熔深和余高都減小。正常情況下，焊接電流與熔深大致呈線性關(guān)系，如下：

式中：

H∶熔深（mm）；

I：焊接電流；

Km∶系數(shù)，

主要取決于焊絲直徑，另外跟焊劑、電源極性、坡口有關(guān)，Km可以根據(jù)不同情況選擇。

由H和Km值，據(jù)以上公式可以大概計(jì)算出電流I值。

由于埋弧自動(dòng)焊的焊絲伸出長度比焊條電弧焊要短，通電狀態(tài)下焊絲導(dǎo)電長度變短，單位內(nèi)的電流密度提高，因此熔深和焊絲熔敷速率提高，所以埋弧焊時(shí)焊接電流較大，從一定意義上解釋了埋弧焊可以焊接較大壁厚的原因。但也不宜采用較大焊接電流，否則易造成燒穿、咬邊等缺陷并增大焊接飛濺。

（2）電壓

電弧電壓和電弧長度對(duì)應(yīng)成比例，一定的焊接電壓要保持一定弧長才能保證焊接電流穩(wěn)定燃燒。電弧電壓根據(jù)電源的外特性和電流來確定，焊接電源是下降特性的可以按U=20+ 0.04I來估算；電源是平特性的可按U=14+0.05I確定。電弧電壓對(duì)熔深影響很小，主要影響熔寬，隨電弧電壓增大，熔寬增大，而熔深及余高略有減小。為保證電弧穩(wěn)定燃燒及合適的焊縫成形系數(shù)，電弧電壓應(yīng)與焊接電流保持適當(dāng)?shù)年P(guān)系。焊接電流增大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高電弧電壓。

（3）焊速

當(dāng)其他焊接參數(shù)不變而焊接速度增加時(shí)，焊接熱輸入量相應(yīng)減小，從而使焊縫的熔深也減小，會(huì)造成焊接缺陷產(chǎn)生。為使焊接質(zhì)量穩(wěn)定必須保證一定的焊接熱輸入量，即為了提高生產(chǎn)率而提高焊速的同時(shí)，應(yīng)相應(yīng)提高焊接電流和電弧電壓。

結(jié)語

綜上所述，焊接工藝技術(shù)對(duì)于石油天然氣的輸送質(zhì)量和海底管道厚壁的發(fā)展具有重要的作用。因此，在進(jìn)行焊接工藝技術(shù)時(shí)，應(yīng)做好焊接前期的準(zhǔn)備工作，選取適合的焊接材料，加強(qiáng)對(duì)預(yù)焊技術(shù)的研究，施工人員也應(yīng)提高自身的綜合技能，吸收和學(xué)習(xí)國內(nèi)外的先進(jìn)工藝技術(shù)，在不斷的實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，從而保證焊接工藝技術(shù)的質(zhì)量。

[1]夏金明，王宏勇，張馳.直縫埋弧焊鋼管預(yù)焊技術(shù)[J].焊管，2006（02）.

[2]白 鷹，鄧長益，周秀峰，曾德勝，張 馳.直縫鋼管預(yù)焊設(shè)備與工藝[J].焊接，2003（11）.