安徽杭蕭鋼結(jié)構(gòu)有限公司（蕪湖 241006）宋守民

1.概述

無論輕型還是重型建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接制造，埋弧焊、氣體保護(hù)自動(dòng)焊等焊接工藝都起著重要的作用，其焊縫具有表面光潔美觀、波紋平整細(xì)密、平直寬窄適度及表里熔合良好的特點(diǎn)，因此企業(yè)近75%以上的主導(dǎo)工程焊縫都由自動(dòng)焊接工藝完成。

但在同等工程條件下，焊接同質(zhì)母材焊縫時(shí)，埋弧焊或氣體保護(hù)自動(dòng)焊的焊縫，卻又反復(fù)無常地出現(xiàn)不同程度的氣孔、夾渣、未熔合、偏析、咬邊、焊穿掛瘤等焊接缺陷，致使主體焊縫質(zhì)量產(chǎn)生不等量的二次返修的劣質(zhì)“補(bǔ)丁焊縫”，降低了整體工程焊接的等級(jí)，延誤焊接生產(chǎn)周期，增加了焊縫返修工程的成本再投入。原本不該產(chǎn)生的焊接劣質(zhì)問題，卻又成為影響焊接工程質(zhì)量、焊接工作效率及焊接操作者工作情緒等方面的障礙。下面將結(jié)合公司情況分析造成“補(bǔ)丁焊縫”的原因

2.原因分析

（1）母材的變形切割與“補(bǔ)丁焊縫”我公司建筑鋼結(jié)構(gòu)工程制造所使用的鋼板規(guī)格尺寸，大多是12000mm×1200mm，厚度為6～60mm乃至更厚，工程構(gòu)件形態(tài)的焊接多為平板對(duì)接焊縫。H型、T型等不同規(guī)格厚度的梁和柱焊接，工件組合長(zhǎng)度由幾米、十幾米乃至更長(zhǎng)，工件寬度尺寸各不相同。所有板材下料方式，除部分中薄板小件剪切成形之外，絕大部分薄、中、厚的單件板材下料都分別依靠手工火焰切割、CG1—30型小車半自動(dòng)火焰切割、CG1—4000A多頭直條火焰切割、CNG—4000B數(shù)控多頭直條火焰切割以及GS/ZⅡ—5000雙邊數(shù)控直條切割機(jī)等進(jìn)行氧乙炔（或丙烷）混合燃燒的中性火焰切割，其中自動(dòng)化和半自動(dòng)化切割占據(jù)著批量性工件板材切割的主導(dǎo)地位。

在被切割的母材中，不乏有一些批量性的6～16mm厚度的卷筒拉伸板，由鋼材生產(chǎn)廠家拉伸剪切成相應(yīng)規(guī)格尺寸的半成品板材，因此其板面平直度殘留有卷筒弧度的拱曲變形。隨著板材厚度與抗變能力的不同，變形的拱曲尺寸也有所不同。那些可塑性較強(qiáng)的中厚型板材，如6～16mm，經(jīng)倉儲(chǔ)堆放、轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝、長(zhǎng)途運(yùn)輸顛簸以及彈壓等影響，增添了“先天性”變形板材的局部再變形，導(dǎo)致板材平直度使用性能方面，增加了難以制控的凹凸層面。如果在未進(jìn)行有效矯正工序之前，讓變形板材進(jìn)行不規(guī)則的火焰切割工序，使割炬的火焰高度在變形板材割縫上，失去了均衡穩(wěn)定的切割狀態(tài)，使多頭自動(dòng)火焰切割的割縫，出現(xiàn)不規(guī)則的犬齒狀的彈跳式切割（見圖1）。隨著割縫長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，這種不均衡的公差累積勢(shì)必會(huì)增大增多，使變形板材的割縫無論在切割質(zhì)量、切割效率和燃燒切割的氣體損耗方面都難以平抑和調(diào)控。

圖1

按照中性切割火焰常規(guī)工藝要求，割炬焰芯與板材割縫之間的切割高度，選擇在3～8mm之間的割縫凸面部位（最高不宜超過10mm以上），作為熱力集中的切割基準(zhǔn)點(diǎn)，并以此高度基準(zhǔn)點(diǎn)維系割炬火焰在板材割縫上，以實(shí)施160～280mm/min的速度全程切割而不受阻隔。

但是由于卷筒板材不均勻的拱曲度變形尺寸，制約了割炬火焰與板材割縫之間的切割高度，使切割火焰熱高溫值無法用于有效的板材切割，而是使3150℃中性火焰熱值游弋在距板材割縫35～65mm的峰谷之間。與常規(guī)工藝割炬的高度要求（3～8mm）相比，超出了約10倍之多，使3150℃的中性火焰的峰值不得不自行降低到1350℃左右的中性外焰與尾焰的擴(kuò)散性余熱水平，近兩倍的有效切割熱值散失。隨著板材的波曲變形，割炬切割火焰的高抬而白白的散失掉，使中性切割火焰的有效峰值熱高溫，無法發(fā)揮其正常切割力度、質(zhì)量和效率，形成了火焰切割的弊端，再度提高了板材切割的工藝難度，直接使割縫質(zhì)量出現(xiàn)不等量地啞割、斷續(xù)割、割口氧化、割渣與割縫金屬強(qiáng)力粘結(jié)以及后拖量等系列割縫缺陷，乃至形成局部割縫的二次返修重割。隨著變形板材割縫的存在，火焰平臺(tái)的不規(guī)范，火焰切割工藝的不足，必將持續(xù)地僵持下去。為此割縫質(zhì)量組合裝配成焊縫后，交付給焊接工序承焊時(shí)，“補(bǔ)丁焊縫”的不等量出現(xiàn)，確實(shí)是難以避免的。

（2）自制切割平臺(tái)質(zhì)量與“補(bǔ)丁焊縫”火焰切割平臺(tái)是板材火焰切割下料時(shí)承載受割板材的重要工藝裝備，是影響火焰切割質(zhì)量與效率的又一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)于具有批量性火焰切割工件的企業(yè)，在置備較大型現(xiàn)代自動(dòng)化、半自動(dòng)化火焰切割機(jī)床品位上來說，應(yīng)該以同等重要的視覺理念，設(shè)計(jì)和購置與現(xiàn)代化火焰切割設(shè)備相配套的、較為規(guī)范的火焰切割平臺(tái)，以滿足企業(yè)大批量長(zhǎng)時(shí)間的火焰切割工藝技術(shù)特質(zhì)的要求，同時(shí)給企業(yè)在產(chǎn)品制造過程中的切割質(zhì)量、效率及其整體工程中的主導(dǎo)地位與價(jià)值創(chuàng)造條件。

所謂比較規(guī)范的火焰切割平臺(tái)，應(yīng)具備以下幾點(diǎn)要求：①火焰切割平臺(tái)要平整有型、水平有度、功能適當(dāng)、經(jīng)久耐用，重在水平有度與適用性上制造、檢測(cè)和安裝驗(yàn)收。②火焰切割平臺(tái)的材質(zhì)，要具有特質(zhì)性的燃點(diǎn)和熔點(diǎn)，具有耐高溫火焰切割的材質(zhì)特點(diǎn)，且脫渣性能好，不宜與切割氧化渣粘結(jié)，抗變形力強(qiáng)等。③火焰切割平臺(tái)必須具備承載受割母材重力的抗壓調(diào)節(jié)能力，具有通透、散熱和落渣安全的離地斗孔，便于移位吊裝、清理、組合等特點(diǎn)。

然而在一些企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)批量性火焰切割平臺(tái)的工藝技術(shù)特質(zhì)要求認(rèn)識(shí)不足，其在工程制造過程中的主導(dǎo)地位，以及對(duì)產(chǎn)品制造質(zhì)量與效率的價(jià)值創(chuàng)造等鏈接效應(yīng)與作用理解不深，隨意用企業(yè)廢料等鋼材自行拼制的所謂火焰切割平臺(tái)（見圖2）。從使用功能特點(diǎn)上看，它既不具備平整有型、水平有度、經(jīng)久耐用的規(guī)范形態(tài)要求，也不具備火焰切割平臺(tái)所必須的耐高溫燃點(diǎn)、熔點(diǎn)和易脫渣的材料特質(zhì)。作為長(zhǎng)年累月要求批量性火焰切割的平臺(tái)來說，顯然是不合格的。由于自制火焰切割平臺(tái)所使用的邊角余料，其燃點(diǎn)和熔點(diǎn)與受割母材材質(zhì)相同，且切割焊縫金屬時(shí)，所生成的液態(tài)氧化熔渣的流動(dòng)性，先于受割金屬液體的流動(dòng)性，所以當(dāng)切割火焰透過母材割縫時(shí)，受割板材割縫背面的自制切割平臺(tái)金屬也同時(shí)受到切割火焰的燒損和氧化熔渣的噴涂、粘結(jié)和咬合，形成金屬割縫與氧化熔渣的膠著狀混合體，咬合在割縫金屬邊緣部位，極難清除和打磨，自制的切割平臺(tái)也因此損壞，且頻率極高，即便是自制嶄新平臺(tái)或修整一新的平臺(tái)，隨著火焰切割的常規(guī)運(yùn)作，隨時(shí)都會(huì)受損，致使整體火焰切割平臺(tái)再度落入年年反復(fù)檢修、年年更新制造的循環(huán)。如此不暢的火焰切割環(huán)境與條件，勢(shì)必給“補(bǔ)丁焊縫”的生成提供了源頭工序上的主導(dǎo)誘因，“補(bǔ)丁焊縫”屢屢出現(xiàn)也就成了勢(shì)在必然。

圖2

（3）氧化火焰切割與“補(bǔ)丁焊縫”氧化火焰切割與中性火焰切割的主要不同點(diǎn)，在于它混合燃燒氣體，氧耗比量要遠(yuǎn)超過1.1∶1.2的中性火焰燃燒比值，高達(dá)1.1∶（1.3～1.7）的氧耗比水平。因此氧化切割火焰的構(gòu)成溫度與切割特性，也就有別于中性火焰和炭化焰。氧化切割火焰是由焰芯和外焰近似于兩段式組合燃燒，切割火焰溫度比3150℃左右的中性火焰切割溫度高出100～150℃，即高達(dá)3300℃的切割火焰值，其焰芯略顯過氧微藍(lán)色，噴出的切割火焰的沖值聲度，比柔和的中性火焰來得脆硬和沖撞，切割用高壓氧鋒線的沖割能力也比較強(qiáng)。借助氧化火焰的上述特點(diǎn)，為調(diào)節(jié)對(duì)拱曲變形板材的切割和緩解不規(guī)范火焰切割平臺(tái)的工藝?yán)_，臨時(shí)性采用氧化火焰切割的嘗試，也許是有益的舉措。

但是過氧焰比值與乙炔（丙烷）的混合燃燒，使割縫切割部位產(chǎn)生氧化富氧區(qū)的劇烈反應(yīng)，過氧火焰中的游離氧、CO2和水蒸氣等雜質(zhì)，使受割金屬割縫的熔融金屬迅速產(chǎn)生氧化和脆化，部分合金元素?zé)龘p，氧化熔渣與割縫熔化金屬邊緣，形成膠著狀的咬合，形成渣、縫一體化的膠著渣根，深嵌在組合裝配工件的焊縫中，幾乎無法清除，一旦接觸到焊接熱高溫熔池的焊接熔煉，深嵌在金屬焊縫中氧化渣根中的渣，由于其燃點(diǎn)和熔點(diǎn)低于母材金屬，且液態(tài)流動(dòng)性能也優(yōu)于液態(tài)母材金屬，因此首先開始在熔焊的焊池焊縫部位中，熔化流失成空洞，形成焊縫焊穿并在流經(jīng)的焊縫背面，冷卻凝固成混合狀漏渣掛瘤、焊縫偏析未熔合，二次“補(bǔ)丁焊縫”的再生夾渣、氣孔等焊接性缺陷。因此可以看出借助過氧火焰切割金屬焊縫，除了造成割縫自身的氧化弊端之外，也同樣改變不了未經(jīng)矯正的拱曲變形的金屬母材的切割之苦，也同樣繞不開凹凸不平的自制切割平臺(tái)的工藝?yán)_，最終還是難逃“補(bǔ)丁焊縫”的厄運(yùn)。

造成“補(bǔ)丁焊縫”的緣由，還可以訴列一些，但和以上三種情況相比，都屬于可控性的一般工藝技術(shù)操作問題，只要盡心盡責(zé)，在焊前準(zhǔn)備工作上做到位，都隨時(shí)可以調(diào)節(jié)理順，因此本文不再贅述。

3.結(jié)語

從上述幾點(diǎn)梳理敘述中，不難理解鋼結(jié)構(gòu)焊接工程，其焊縫宏微觀內(nèi)外焊接質(zhì)量的成敗優(yōu)劣，都是經(jīng)由諸多綜合工藝要素之間的相互依托、相互鏈接、相互制約而得以相輔相成的?！把a(bǔ)丁焊縫”的成因就充分說明了這個(gè)道理。從“補(bǔ)丁焊縫”成因的表象去判斷，人們也許又習(xí)慣性地認(rèn)為是焊接的問題，以為是焊接工藝技術(shù)上的缺憾所致，或焊接準(zhǔn)備工作不到位而影響操作技能水平的發(fā)揮，或焊接工裝設(shè)備的羈絆。但從“補(bǔ)丁焊縫”焊接制造全過程的反復(fù)梳理與檢點(diǎn)中，令人意外地發(fā)現(xiàn)，這些非正常的“補(bǔ)丁焊縫”的真實(shí)成因，卻與焊接自身的工藝技術(shù)操作，并沒有直接的主導(dǎo)因果關(guān)系。事實(shí)說明：卷筒板材的拱曲變形，矯正工序的缺失，極不規(guī)范的自制切割平臺(tái)，導(dǎo)致割炬切割火焰尺寸的無奈高抬以及過氧化焰的割縫氧化等因素，成為“補(bǔ)丁焊縫”的主導(dǎo)成因。

這里做重要說明的是，在上述制約“補(bǔ)丁焊縫”成因的諸項(xiàng)因素中，雖然都各有其弊，但從真實(shí)意義上說，它們都是被動(dòng)地受制于自制火焰切割平臺(tái)諸多方面的不規(guī)范而無可奈何地“跟進(jìn)”，導(dǎo)致了切割火焰的變異，火焰切割溫度值的紊亂，使母材割縫凹凸不平，同時(shí)也妨礙了在火焰切割過程中，利用平整與規(guī)范的切割平臺(tái)對(duì)變形母材的矯平。正因?yàn)榛鹧媲懈瞵F(xiàn)場(chǎng)的非常規(guī)切割環(huán)境與條件的束縛，使火焰切割操作者也深受其中之苦。如果再深層次追根究源，也許在設(shè)計(jì)火焰切割工程配套時(shí)，缺乏對(duì)火焰切割生產(chǎn)實(shí)踐及其工藝技術(shù)真實(shí)特質(zhì)的分析與理解，以急功近利的浮躁，陷入了誤區(qū)。