【摘要】馬鞍型環(huán)縫是管道工程中較為常見的一種焊縫，管道焊接中焊接缺陷和應(yīng)力集中主要發(fā)生在馬鞍型環(huán)縫中，因此在該焊縫的焊接質(zhì)量往往決定了管道工程建設(shè)的質(zhì)量，本文利用馬鞍型細絲埋弧擺動焊接機對管道馬鞍型環(huán)縫進行焊接保證了焊接質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】馬鞍型環(huán)縫；焊接技術(shù)

一、前言

現(xiàn)代工業(yè)所需要的能源如石油、天然氣以及生活中需要的水均需要利用管道進行輸送，通常將管與管的相接相貫線稱為馬鞍型焊縫。隨著對輸送能力要求的提高，管道的技術(shù)參數(shù)越來越高，因此對焊縫有著更高的要求。馬鞍型焊縫是焊接缺陷發(fā)生的集中部位，為保證管道性能要求，對其管道的切割和焊接工藝有著較高的要求。馬鞍型焊接的傳動以人工電弧焊為主，這種方法存在著作業(yè)時間長，成本高、效率低和質(zhì)量良莠率低的問題。焊接質(zhì)量缺陷可使油氣等輸送體泄露造成資源浪費環(huán)境污染，甚至導(dǎo)致重大安全事故，因此采用一高效高質(zhì)量的焊接設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工作業(yè)方式有著較為重要的意義。

二、馬鞍型結(jié)構(gòu)及特點

馬鞍型焊縫是是筒體和接管兩柱面相交的一條封閉的空間曲線。馬鞍型有外、內(nèi)和水平馬鞍環(huán)縫三種類型，如圖2-1所示。

2.1馬鞍型空間曲線的特點。通過圖2-1可以看出三種類型的環(huán)縫曲線均有四個極點2條“上坡”曲線和2條“下坡”曲線構(gòu)成。該4條曲線任意一點的斜率都可以通過計算得出。若要以專用機器設(shè)備完成馬鞍型曲線的焊接，則焊接設(shè)備應(yīng)具有如下功能：（1）焊機機頭應(yīng)能以接管中心做圓周的旋轉(zhuǎn)運動以及在圓周運動的同時可以進行軸向方向上下運動，運動的行程應(yīng)符合馬鞍型環(huán)縫落差的相同；（2）焊槍針對左右傾角和前后傾角的進行調(diào)整；（4）落差和角度調(diào)整機構(gòu)應(yīng)靈活、方便和可靠。

2.2馬鞍型焊接的特點。埋弧焊和氣體保護焊是馬鞍型焊接的主要方法，這兩種方法的優(yōu)缺點如下：馬鞍型埋弧焊優(yōu)點：（1）焊接部分美觀；（2）接頭部位的耐沖擊性能良好；（3）導(dǎo)電嘴對坡口大小的適應(yīng)性良好。馬鞍型埋弧焊缺點：（1）焊縫熔池難以觀察：（2）焊接時產(chǎn)生較多的焊渣焊接環(huán)境差；（3）易受焊接位置的限制。馬鞍型氣體保護焊的優(yōu)點是：（1）全位置焊接易于實現(xiàn)；（2）焊縫的熔池易于觀察；（3）擺動和全位置焊接易于實現(xiàn)。馬鞍型氣體保護焊的缺點是：（1）焊接飛濺大；（2）不適于小角度的坡口焊縫；（3）接頭的耐沖擊性能差；（4）較嚴重的弧光污染；（5）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在工藝參數(shù)上埋弧焊工藝參數(shù)許用值范圍大，可降低焊機對馬鞍型曲線的跟蹤精度及焊槍傾角精度的要求，保證了焊接質(zhì)量。因此在實際中通常采用埋弧焊技術(shù)來進行馬鞍型焊縫的焊接。采用埋弧焊時也會存在一些問題：在上坡焊時易出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象；而下坡焊時易于出現(xiàn)未焊透或虛焊的現(xiàn)象。馬鞍型埋弧焊的這些特點受電流的變化非常明顯，為避免電流過大造成焊接缺陷，須將熔池控制在較小的尺寸內(nèi)同時降低焊接電流；當進行多道焊時，應(yīng)采用自保護藥芯焊絲來焊接，來緩解清渣困難的問題。

三、細絲埋弧擺動焊

3.1細絲埋弧焊的優(yōu)點：（1）熔化系數(shù)大：該系數(shù)與電阻時相似，即焊絲越細時，焊絲的熔化系數(shù)越大。熔化系數(shù)根據(jù)下列公式求出：

其中：I是焊接電流（A）；d是焊絲直徑（mm）；A和B由材料、焊接方法、焊絲伸出長度、電弧電壓跟電源特性和極性連接共同確定的參數(shù)。（2）焊接電流的調(diào)節(jié)范圍大。細焊絲送絲速度快，電阻熱不會軟化伸出部分，電流故可以在較大的范闈內(nèi)調(diào)節(jié)。（3）提高焊接質(zhì)量。焊縫寬度與深度比值合理，熔池的攪拌作用強與粗絲焊接，與粗絲焊接相比熱裂紋和氣孔的出現(xiàn)率低。通過對線能量進行調(diào)整，有效降低了高碳和合金鋼焊接及堆焊時的冷裂概率。（4）可應(yīng)用于各種特殊焊接。

3.2細絲埋弧擺動焊的優(yōu)點：細絲埋弧擺動焊接的質(zhì)量取決于擺動頻率與送絲速度的配合。若送絲速度小而擺動頻率過高則會造成焊接填充物太少；而送絲速度高而擺動頻率過低則會造成焊接填充物過多。在保證送絲速度和擺動頻率相協(xié)調(diào)的條件下，細絲埋弧擺動焊的優(yōu)點如下：（1）細絲埋弧擺動焊能一次在整個焊道里填充大量的熔敷金屬，或者能得到較寬的焊道。（2）焊縫較為平滑。（3）細絲埋弧擺動焊易于對于薄板或者焊接部位間隙較大的情況。（4）當焊槍擺動時，使得熔池中液態(tài)金屬的對流速度增加，易于獲得最佳熔深效果。

3.3馬鞍型細絲埋弧擺動焊接設(shè)備。馬鞍型細絲埋弧擺動焊接設(shè)備具有細絲埋弧和擺動焊接兩種技術(shù)的優(yōu)點：埋弧焊本身所具有的允許工藝參數(shù)范圍大，降低了擺動焊接所帶來的波動影響，細絲埋弧擺動焊接可以避免了在薄板馬鞍型焊縫，母材容易燒穿的問題，細絲埋弧擺動焊降低了熱裂紋、氣孔產(chǎn)生和高碳鋼和合金鋼焊接及堆焊冷裂發(fā)生的概率。馬鞍型細絲埋弧擺動焊接設(shè)備的主要結(jié)由焊接電源、回轉(zhuǎn)裝置、焊接機頭、焊接控制箱和送絲系統(tǒng)組成，其中回轉(zhuǎn)裝置由固定機構(gòu)、機頭回轉(zhuǎn)機構(gòu)、馬鞍落差補償機構(gòu)焊槍角度調(diào)整機構(gòu)等部分組成；焊接機頭主要由焊槍角擺機構(gòu)和擺寬調(diào)整機構(gòu)組成。

3.4馬鞍型細絲埋弧擺動焊接堆焊實驗。試驗用母材為鋼材中常用的Q235鋼，焊絲為ER50.6，焊絲直徑為1.2mm，焊劑為SJ301。實驗設(shè)定了不同的焊接電流、移動速度、擺動頻率、擺幅和線速度通過對焊縫情況的觀察和顯微組織分析得到以下結(jié)論：（1）細絲埋弧擺動焊接技術(shù)在進行馬鞍型焊接時，較低的線能量有利于降低應(yīng)力集中和焊接變形；（2）在進行焊接時未達到良好的焊接效果需要對擺動頻率、擺動幅度、焊槍移動速度三者參數(shù)設(shè)定進行研究。（3）細絲埋弧擺動焊接技術(shù)與單純的細絲埋弧焊接技術(shù)相比具有熔寬增加，熔深與余高減小的特點。焊槍對馬鞍型環(huán)形焊縫的對中要求降低，為有利馬鞍型焊接。

參考文獻

[1]薛龍，鄒勇，曹瑩瑜等.基于軌道焊接機器人的馬鞍形焊縫焊接機器技術(shù)的研究[J].電焊機，2010，40（1）：19—22.