（武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，湖北武漢430000）

0 前言

焊條電弧焊單面焊雙面成型技術(shù)是焊工應(yīng)掌握的基本操作技能，但仰對(duì)接焊難度較大。優(yōu)質(zhì)的單面焊雙面成型，焊縫表面應(yīng)圓滑過渡，無明顯缺陷，焊縫內(nèi)部X射線100%合格。本文對(duì)焊條電弧焊仰對(duì)接單面焊雙面成型技術(shù)進(jìn)行分析總結(jié)，詳細(xì)介紹了其打底、填充及蓋面的工藝方法、操作要領(lǐng)和注意事項(xiàng)。

1 焊前準(zhǔn)備

設(shè)備為上海滬工WSM 400U；焊條牌號(hào)E5015，規(guī)格φ3.2mm、φ4.0mm；試板尺寸250mm×12 mm×150 mm；坡口角度 30＋1°；試板材質(zhì)：Q235。

焊前檢查電焊鉗夾持焊條是否牢固，焊機(jī)接地是否良好，焊條有偏心、藥皮有龜裂和脫落情況時(shí)需立即更換。

使用砂輪機(jī)、鋼絲刷等工具清理坡口及兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)的鐵銹氧化皮等污物，直至露出金屬光澤。試板坡口端部需留0.5～1 mm鈍邊，防止打底層焊接時(shí)熔池下墜形成焊瘤缺陷。

2 拼裝組對(duì)

試件拼裝時(shí)嚴(yán)格控制坡口根部間隙。根據(jù)數(shù)次實(shí)驗(yàn)獲得最佳間隙為3～4 mm，如圖1所示。由于焊接過程中試板不斷加熱會(huì)在收弧端產(chǎn)生縱向收縮，因此拼裝時(shí)預(yù)留1 mm的收縮量，起弧端間隙為3mm，收弧端間隙為4 mm。

圖1 試板規(guī)格示意

同時(shí)在焊接過程中試板會(huì)發(fā)生變形，為保證所有焊接完成后的平整度達(dá)到最佳，可預(yù)留3 mm反變形量，如圖2所示。

圖2 反變形示意

3 焊接工藝

3.1 焊接參數(shù)

仰位焊操作時(shí)熔池較難控制，易出現(xiàn)熔池下墜，施焊者也會(huì)因?yàn)轱w濺過大而影響操作。結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)效果提供焊接參數(shù)，如表1所示。

表1 焊接參數(shù)

3.2 焊條規(guī)格

E5015焊條為低氫鈉型藥皮的高韌性超低氫低合金鋼焊條，其焊接工藝良好，電弧穩(wěn)定，脫渣容易，熔敷金屬塑性、韌性和抗裂性能優(yōu)良，可進(jìn)行全位置焊接，適用于E36、DE36、A537等低合金鋼的重要結(jié)構(gòu)焊接（如海洋平臺(tái)、船舶、壓力容器等）。焊前焊條須經(jīng)350～380℃烘焙1 h，保溫桶存放，隨用隨取。一般根據(jù)焊件厚度選擇焊條直徑，如表2所示。

表2 焊條直徑與工件厚度對(duì)照

經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，打底層焊接時(shí)φ3.2mm焊條更為合適，焊接時(shí)熔池直徑較小，容易控制。外觀成形較好，兩側(cè)夾溝平緩。填充層時(shí)選用φ4.0 mm焊條，焊接速度應(yīng)當(dāng)保持均勻適當(dāng)[1]，每層厚度不大于4～5 mm為宜。

4 焊接操作要點(diǎn)

4.1 打底層要點(diǎn)

打底層使用φ3.2 mm焊條，直流正接，斷弧打底。焊條向收弧端傾斜約70°～80°，左右角度保持垂直90°（見圖3）。開始焊接時(shí)，首先在試板起弧端引弧，待電弧正常燃燒后，將電弧迅速拉至定位焊縫上。借助定位焊連弧加熱坡口根部，迅速壓低電弧將熔滴送到焊縫根部，并借助電弧吹力作用盡量向坡口根部、背面輸送熔滴[2]。每次起弧點(diǎn)位置要準(zhǔn)確，擊穿時(shí)有“噗噗”聲，表示已焊透，點(diǎn)焊處形成熔孔熔后迅速斷弧。仔細(xì)觀察熔池，當(dāng)熔池顏色由亮變暗時(shí)再次引燃電弧。

圖3 焊條角度示意

4.2 填充層要點(diǎn)

填充層采用φ4.0 mm焊條，直流反接。焊接前清理干凈打底層表面的焊渣和飛濺物。焊條角度參照打底層焊接，填充層焊縫示意如圖4所示。第1、2層填充電流可以適當(dāng)增大，有利于消除焊趾處難以清除的熔渣。采用鋸齒形運(yùn)條方式，控制好焊條角度，短弧焊接，在焊縫兩邊要有足夠的停留時(shí)間，以保證兩側(cè)熔合良好，焊道平整。第3層填充焊縫必須控制好熔池形狀，保證焊縫平整，使其高度距焊件母材表面0.5～1mm，盡量延長(zhǎng)電弧在兩邊的停留時(shí)間使填充焊道中心稍凹[3]。

4.3 蓋面層要點(diǎn)

圖4 填充層焊縫示意

蓋面層焊接可采用反月牙形擺動(dòng)法，焊條擺動(dòng)至坡口邊緣時(shí)停留0.5～1 mm，焊縫中間快速過渡。由于蓋面時(shí)電流相對(duì)較小，在更換焊條重新接頭時(shí)因起弧瞬間焊條燃燒不充分會(huì)造成氣孔或夾渣，嚴(yán)重影響內(nèi)部質(zhì)量。解決方法為：起弧時(shí)在距弧坑15～20 mm處引燃電弧，利用這段距離使焊條達(dá)到正常燃燒，然后迅速拉至弧坑處，待熔池填滿弧坑后，正常做月牙形擺動(dòng)（見圖5）。此時(shí)電弧產(chǎn)生的熱量可以將起弧產(chǎn)生的缺陷完全熔化，而不影響內(nèi)部質(zhì)量。

圖5 起弧處焊條擺動(dòng)示意

5 焊接缺陷產(chǎn)生原因及其控制

5.1 電弧長(zhǎng)度對(duì)焊接質(zhì)量的影響

焊條電弧焊的電弧電壓主要由電弧長(zhǎng)度決定。電弧過長(zhǎng)對(duì)熔化金屬保護(hù)差，空氣中的氧、氮等有害氣體容易侵入，使焊縫易產(chǎn)生氣孔，降低焊接金屬力學(xué)性能。但弧長(zhǎng)也不易過短，否則會(huì)引起粘條現(xiàn)象，且由于電孤對(duì)熔池的表面壓力過大，不利于熔池的攪拌，使熔池中氣體及熔渣上浮受阻，從而造成氣孔、夾渣等缺陷的產(chǎn)生[4]。

5.2 外界氣流對(duì)焊接質(zhì)量的影響

電弧的燃燒需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，在有風(fēng)的環(huán)境中會(huì)使電弧搖擺不定，產(chǎn)生偏弧現(xiàn)象，使熔孔的位置不居中或不規(guī)則，導(dǎo)致背面成形高低不平、寬窄不一致，產(chǎn)生未熔合、未焊透及脫節(jié)等缺陷。控制方法：對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行隔離保護(hù)，或適當(dāng)提高電弧的挺度，即調(diào)大推力電流[5]。

5.3 組對(duì)間隙對(duì)焊接質(zhì)量的影響

組隊(duì)間隙直接影響焊縫背面成形。間隙過大填充熔池的液體金屬增加，熔池?zé)彷斎朐黾?，易形成焊瘤、焊穿等缺陷。間隙過小又會(huì)出現(xiàn)未焊透、夾渣等缺陷。因此最佳間隙控制在3～4 mm最佳。