張曉東 王興華

(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 200999)

幾種施焊手法對(duì)管道鎢極氬弧焊焊接質(zhì)量的影響

張曉東 王興華

(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 200999)

鎢極氬弧焊(GTAW)具有操作方便，焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在關(guān)鍵的焊接生產(chǎn)中應(yīng)用較多，特別是在壓力管道以及鍋爐壓力容器的打底焊中被普遍采用。在氬弧焊焊接過程中，焊工采用不同的焊接手法對(duì)焊接質(zhì)量有較大的影響。以小口徑管道氬弧焊為例，分析了三種施焊手法對(duì)焊道外觀成型及焊接質(zhì)量的影響，總結(jié)出管道現(xiàn)場(chǎng)焊接中合適的焊接手法，以提高壓力管道現(xiàn)場(chǎng)焊接的一次合格率。

鎢極氬弧焊 施焊手法 焊接缺陷 管道

0 序 言

在壓力管道及壓力容器的制作或修復(fù)過程打底焊時(shí)，制造方多采用鎢極氬弧焊工藝[1]。現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，由于操作習(xí)慣不同，焊工可能采用不同的施焊手法進(jìn)行焊接，焊槍行走路線可能是正月牙、鋸齒型或反月牙，添絲方式可能采用點(diǎn)加法或連續(xù)添加法。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道的焊接質(zhì)量檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在管道焊接過程中如果不注意施焊手法的變化，很容易造成焊縫外觀成型不良及內(nèi)部焊接質(zhì)量等問題，主要表現(xiàn)在管道焊縫表面打磨處理后進(jìn)行滲透檢查時(shí)可能發(fā)現(xiàn)微小的點(diǎn)狀缺陷存在，或在水壓試驗(yàn)時(shí)焊縫表面可能出現(xiàn)潮濕的現(xiàn)象。文中以φ57 mm×5 mm的無縫碳鋼管鎢極氬弧焊為例，對(duì)比分析了采用正月牙、鋸齒型和反月牙三種不同的施焊手法對(duì)焊道外觀成型及焊接質(zhì)量的影響，在此基礎(chǔ)上總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)焊接中合適的焊接手法，以提高壓力管道現(xiàn)場(chǎng)焊接的一次合格率。

1 正月牙的施焊手法及其對(duì)管道焊接質(zhì)量的影響

正月牙施焊手法如圖1所示，管道對(duì)接焊的焊接參數(shù)見表1。采用該焊接手法，焊縫成型良好，但是如果在打底層坡口邊緣停留的時(shí)間不夠，則填充金屬與坡口間容易在坡口邊緣形成尖角，焊縫在蓋面時(shí)，如果焊工對(duì)這些尖角不加以處理，可能在兩側(cè)引起夾雜或未熔合等缺陷。采用正月牙手法焊接時(shí)，使用連續(xù)加絲方法往往能獲得較為平整的焊縫，但在管道的下端5點(diǎn)至7點(diǎn)位則可能出現(xiàn)焊縫內(nèi)凹的現(xiàn)象。有經(jīng)驗(yàn)的焊

工在此位采用點(diǎn)狀加絲的手法能有效地改善焊縫的內(nèi)凹現(xiàn)象，但還是會(huì)出現(xiàn)正面成形不佳的焊縫，如圖2所示。針對(duì)以上條件，在管道下部5點(diǎn)至7點(diǎn)位進(jìn)行焊接時(shí)，適當(dāng)?shù)赜靡粋€(gè)焊絲直徑的寬度調(diào)整管道下部組對(duì)間隙，焊接時(shí)采用管道坡口內(nèi)加絲的方式能有效地避免在仰焊位出現(xiàn)的內(nèi)凹現(xiàn)象，但在整個(gè)焊縫全位置焊接中，如不及時(shí)地根據(jù)焊接位置調(diào)整焊絲添加方法，那么在上爬坡位置及平焊位置容易出現(xiàn)焊縫背面出現(xiàn)過于突過現(xiàn)象，從而影響了焊縫質(zhì)量。一般情況下，內(nèi)加絲手法在焊至3點(diǎn)至9點(diǎn)以上時(shí)，宜采用熔池外連續(xù)加絲的方式，基本能獲得較為滿意的焊縫成型。在組對(duì)間隙較大時(shí)，采用在焊縫背面進(jìn)行點(diǎn)加的內(nèi)加絲方式同樣能達(dá)到避免出現(xiàn)焊縫內(nèi)凹的現(xiàn)象。

圖1 正月牙焊槍擺動(dòng)法

表1 正月牙手法焊接參數(shù)

圖2 正月牙手法焊縫正面成形

2 鋸齒形的施焊手法及其對(duì)管道焊接質(zhì)量的影響

鋸齒形施焊手法如圖3所示。該手法較為清晰、容易掌握，因此氬弧焊初學(xué)者經(jīng)常采用鋸齒形焊接方式。采用該手法在管道打底焊接時(shí)宜采用較小的焊接電流,一般采用連續(xù)加絲的方式進(jìn)行焊接。鋸齒形施焊手法焊接參數(shù)見表2。采用該方法在打底焊接時(shí)，對(duì)

組對(duì)間隙要求較高，組對(duì)間隙應(yīng)與焊絲直徑匹配。采用該手法在水平焊6點(diǎn)位置時(shí)，焊縫正面成型較好，但在3點(diǎn)或9點(diǎn)以上時(shí)，由于管道焊接過程中的受焊縫收縮影響，焊接間隙變小，為了能夠焊透，焊工往往采用對(duì)坡口進(jìn)行熔融的形式進(jìn)行焊接，從而使焊縫的正面成型變差。在打底焊時(shí)，如果采用較大的焊接電流，熱量在焊縫的中心較為集中，熱量來不及向管道坡口傳導(dǎo)，容易引起熔池的鐵水下墜，在管道的5點(diǎn)至7點(diǎn)位置焊縫背面容易出現(xiàn)內(nèi)凹的現(xiàn)象，并且在3點(diǎn)或9點(diǎn)以上位置焊縫正面出現(xiàn)高低不平的現(xiàn)象(圖4)。因此，無論焊接時(shí)的電流大小，在焊槍擺動(dòng)時(shí)一定在焊接坡口位置進(jìn)行一定程度的停留，讓熔融態(tài)金屬向坡口

圖3 鋸齒型焊槍擺動(dòng)法

表2 鋸齒運(yùn)條法焊接參數(shù)[1]

圖4 間隙不佳時(shí)管道正面成形

充分過渡，熔池的熱量向坡口外傳導(dǎo)，使新形成的焊道在坡口位置形成一定的厚度，并使焊道與坡口間形成平滑的過渡，以免在焊道與坡口間形成未融合狀的尖角，如果在蓋面或填充前對(duì)這缺陷不加以處理，那么在熔合線位置易出現(xiàn)微小的點(diǎn)狀缺陷(俗稱蟹腳點(diǎn)缺陷)。為保證焊縫正面成形及防止焊縫背面內(nèi)凹的現(xiàn)象，在管道接頭組對(duì)時(shí)，應(yīng)充分考慮在焊接時(shí)的收縮情況，組對(duì)間隙應(yīng)預(yù)留一定的余量。

圖5為在組裝間隙較大時(shí)，采用的焊接手法。采用直線擺動(dòng)加斜鋸齒的手法在焊縫正面成形中能得到比較好的效果，焊縫成型如圖6所示。當(dāng)管道組裝間隙較大時(shí)，焊縫則易出現(xiàn)燒穿的現(xiàn)象或出現(xiàn)焊縫成形不良的情況，這是由于熔池在坡口邊緣形成后，熔化的金屬經(jīng)焊絲填加后無法向另一邊坡口進(jìn)行平滑地進(jìn)行過渡，此時(shí)，應(yīng)采用焊槍擺動(dòng)對(duì)原來的焊縫金屬進(jìn)行過渡，在擺動(dòng)過程中使焊縫金屬不斷地“長(zhǎng)肉”以實(shí)現(xiàn)平滑地向另一邊坡口過渡，從而形成一個(gè)完整的焊縫形成過程。

圖5 改進(jìn)后的焊槍擺動(dòng)形式

圖6 斜鋸齒的手法焊縫表面成形

3 反月牙的施焊手法及其對(duì)管道焊接質(zhì)量的影響

圖7為反月牙施焊手法示意圖，實(shí)際焊縫成形形貌如圖8所示，推薦的焊接參數(shù)見表3。采用該焊接手法焊縫成形美觀，焊接效率高，一般在焊縫的填充層或蓋面層運(yùn)用較為廣泛，但是如果在焊縫的打底層采用該手法則容易出現(xiàn)燒穿或出現(xiàn)焊縫背面成形不佳的現(xiàn)象；該焊接手法對(duì)于焊工的技能要求較高，如果操作不熟練，焊縫正面成形不容易控制，容易出現(xiàn)焊縫直線度差，或出現(xiàn)焊瘤、咬邊等現(xiàn)象；該焊接手法一般采用焊槍噴嘴緊貼坡口搖擺的方法進(jìn)行焊接，焊工長(zhǎng)時(shí)間焊接時(shí)，由于焊槍有依靠，焊槍不易抖動(dòng)，焊工掌握焊槍的手指關(guān)節(jié)不容易燙傷。該方法焊接電流大，焊接效率高，但對(duì)焊工的體力消耗較大。在小口徑管道焊縫焊接時(shí)，由于焊槍的角度變化太大，焊工在焊槍擺動(dòng)時(shí)來不及對(duì)焊槍嘴的角度進(jìn)行改變，造成焊縫成形不佳。因此，在管道打底焊及小口徑管道焊接時(shí)，不推薦采用反月牙焊接手法。氬弧焊反月牙焊槍搖擺焊接手法由于焊槍擺動(dòng)幅度較大，焊接熔池轉(zhuǎn)移較快，較小的焊接電流無法保證熔池在移動(dòng)過程中的形成，為保證熔池的形狀，采用該手法焊接時(shí)需要比其它焊接手法增加5%左右的焊接電流，才能保證焊縫成形整齊一致。

圖7 反月牙焊槍擺動(dòng)方式

圖8 反月牙焊槍搖擺法的焊縫成形

表3 反月牙搖擺焊接法焊接參數(shù)

4 三種焊接手法的比較

采用上述三種施焊手法在六批48人次的氬弧焊焊工培訓(xùn)中進(jìn)行了試驗(yàn)比較，當(dāng)采用正月牙焊接時(shí)，焊工的焊接效率較低，鋸齒法焊接效率一般，而反月牙焊接效率為最高。在PT外觀檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，采用正月牙手法的焊工焊縫直線度較好，焊縫高低差控制、焊縫背面成形控制及焊縫接頭狀態(tài)較好，但紋路成形較為混亂；采用鋸齒形手法的焊工在外觀成形中紋路平直有規(guī)律，焊縫背面成形較好。采用內(nèi)加絲時(shí)，無內(nèi)凹現(xiàn)象的產(chǎn)生；采用反月牙搖擺法焊接時(shí)焊縫表面呈雙片魚鱗狀排列，紋路較為美觀，但在焊縫的邊緣由于擺動(dòng)速度較快容易出現(xiàn)點(diǎn)狀咬邊的情況，在焊縫的背面由于采用較大的電流緣故時(shí)有高低不平的現(xiàn)象出現(xiàn)。在RT檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，采用正月牙的焊工焊縫合格等級(jí)明顯地要高于其它二種焊接手法的焊工，10天培訓(xùn)期水平管固定考核中，合格率達(dá)到90%，缺陷主要存在的形式為下部6點(diǎn)位容易出現(xiàn)內(nèi)凹的現(xiàn)象及焊縫接頭有點(diǎn)狀的未熔合；采用鋸齒形手法焊接的10天培訓(xùn)期水平固定考核合格率在85%，其缺陷存在的形式一般為焊縫正面容易出現(xiàn)條狀的未熔合現(xiàn)象，中間層容易出現(xiàn)點(diǎn)狀的夾雜缺陷；采用反月牙擺動(dòng)方式的焊縫合格率在80%左右，其缺陷一般為焊縫背面容易超高或焊瘤，焊縫中間邊緣容易出現(xiàn)夾渣的現(xiàn)象。三種焊接手法綜合對(duì)比情況見表4。

表4 三種焊接手法綜合對(duì)比

5 結(jié) 語

采用正月牙手法在小口徑管道焊接中合格率較高，鋸齒形手法的合格率次之，而反月牙手法的合格率較低。因此，在小口徑管道或管壁較薄的管道焊接時(shí)，建議采用正月牙小電流進(jìn)行焊接；當(dāng)管道直徑大于φ50 mm時(shí)，建議采用正月牙焊接手法打底，反月牙搖擺法進(jìn)行填充和蓋面。

[1] 陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

2016-03-21

TG407

張曉東，1968年出生，焊接高級(jí)技師，助理工程師。主要從事冶金設(shè)備檢修近30年。