趙海云，李海明，李津，胡建洪

(大港油田公司第五采油廠，天津300283)

0 前言

氬電聯(lián)焊是采用鎢極氬弧焊與焊條電弧焊兩種焊接方法進行組合焊接的簡稱［1］。鎢極氬弧焊采用氬氣保護，在高熔點的非熔化鎢極和金屬母材的焊接位置之間形成穩(wěn)定電弧，具有保護效果好、焊縫質量高、焊件變形小、省去清渣工序等優(yōu)點，而且熔池可見性好，便于觀察和操作，可以獲得成形美觀的高質量焊縫，而且適合各種焊接位置。焊條電弧焊是最傳統(tǒng)的焊接方法，適用于不同的平焊、橫焊、立焊、仰焊等位置，但操作方法差別較大。氬電聯(lián)焊多采用鎢極氬弧焊方法進行打底層焊接，有時也用于第一層的焊接，以避免根部產生焊接缺欠，保證焊縫成形美觀;然后用焊條電弧焊方法進行填充層和蓋面層焊接，以提高焊接效率和節(jié)約焊接成本。目前，氬電聯(lián)焊的工藝方法已在復合管道施工、油氣集輸干線工程、石油化工等行業(yè)的重要焊接結構件上得到廣泛應用。

氬電聯(lián)焊用于鋼板對接接頭立焊位置操作時，容易出現(xiàn)焊縫成形不良，產生未熔合、焊瘤、咬邊等缺欠，這與焊接工藝參數(shù)、焊接角度、操作手法等因素有很大關系。文中介紹了焊接工藝參數(shù)選擇、操作技巧及注意事項，希望對避免焊接缺欠、保證焊縫成形美觀具有參考作用。

1 試件材料和焊前準備

鋼板材質為20 鋼，規(guī)格為300 mm×150 mm×12 mm，采用機械加工方法控制對接坡口角度為60°±3°，坡口鈍邊為1.0 ～2.0 mm。焊接前將坡口附近20 mm 范圍內的表面油、銹、氧化皮進行清理，如圖1 所示。

圖1 試件打磨示意圖

鎢極氬弧焊主要用于打底焊道的焊接，選用純度大于99.7%的氬氣作為保護氣體，使用孔徑為φ8 mm或φ10 mm 的圓形噴嘴，選用φ2.5 mm 的鎢極棒，前端磨成1∶5 的錐形，伸出長度4.0 ～6.0 mm。焊接材料為φ 2.5 mm 的H08Mn2SiA 實心焊絲。焊條電弧焊主要用于填充層和蓋面層的焊接，采用φ3.2 mm 和φ 4.0 mm 兩種規(guī)格的E5015 焊條，按要求烘干后，放入保溫筒中備用［2-3］。20 鋼母材和兩種焊材的化學成分見表1，主要焊接參數(shù)見表2。

表1 母材和焊接材料的主要合金元素(質量分數(shù)，%)

表2 主要焊接工藝參數(shù)

2 焊接工藝流程

2.1 組對及定位焊

組對定位時，根據(jù)焊接位置、焊接工藝、焊接材料按照下料預留焊接間隙標準選擇，兩個鋼板的組對間隙為:始焊端對接間隙2.5 mm 左右，終焊端對接間隙3.0 mm 左右，以便控制焊接過程中焊縫收縮引起的組對間隙變化，如圖2 所示。

組對后在對接接頭的兩端采用鎢極氬弧焊焊接方法進行定位焊接，定位焊縫的長度不大于10 mm，焊縫厚度控制在2 mm 左右。定位焊采用表2 中的焊接工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷應重新進行焊接。

2.2 打底層的操作

采用鎢極氬弧焊進行打底層焊接。為了保證焊接操作的穩(wěn)定性，將焊槍的噴嘴卡在試件坡口邊沿擺動焊槍進行焊接。為實現(xiàn)較好的保護效果，在不影響焊工視線的前提下，噴嘴與焊件的角度保持在70°～80°，焊絲與焊件的角度一般為20°～30°，如圖3 所示。

圖3 打底層焊接噴嘴及焊絲與焊件的角度

鎢極氬弧焊應提前3 ～5 s 接通氬氣，將起焊處的空氣及灰塵吹除干凈，采用劃擦法或高頻擊穿引燃電弧。劃擦法引弧動作要輕快，防止焊縫產生夾鎢等缺欠。在起焊點前約5 mm 處引弧后，慢慢拉回到起焊點，先在坡口兩邊擺動進行預熱，待起焊處形成清晰可見的熔孔時，開始填絲，從下至上進行打底層焊接。焊接時要控制好送絲速度和擺動焊槍的速度，使焊絲始終處在鎢極的前面，防止焊絲失去氬氣的保護。完成焊接進行收弧時，填滿弧坑后將電弧引至坡口邊緣緩慢熄滅，繼續(xù)送氬氣8 s 以上防止焊縫金屬氧化［4］。

為了得到成形優(yōu)良的焊縫，送絲時可以將焊絲頂在坡口根部，隨電弧左右擺動，保持送絲的穩(wěn)定性，避免未熔合和焊瘤等缺欠的產生;適當延長電弧在坡口兩側的停留時間，使坡口兩邊較厚的母材金屬充分熔化;電弧在坡口中間一帶而過，避免熔池溫度過高，使背面焊縫產生咬邊、焊瘤等缺欠。焊接時要注意觀察熔池，發(fā)現(xiàn)熔池溫度過高可以先熄弧或者將電弧沿焊道向后方拉回10 mm，熔池冷卻后再繼續(xù)焊接。采用合適的焊接速度，注意電弧與送絲的配合，控制好焊絲和焊槍的角度，注意觀察和控制熔池溫度和熔孔大小就可以得到合格的焊縫。鎢極氬弧焊打底層焊縫形貌，如圖4 所示。

圖4 打底層焊縫形貌

2.3 填充層的焊接

采用焊條電弧焊方法直流反接施焊。按照表2 選擇焊條規(guī)格和焊接工藝參數(shù)，調試好焊接電流，焊接過程中控制焊條與焊件的角度保持在75°～85°(圖5)，使用斜鋸齒或月牙形運條方法。在起焊點上方約10 mm 處起弧，拉長電弧待第一滴熔滴落下后，壓低電弧慢慢落到起焊點處，稍作停留看到根部焊縫兩側熔化后，正式向上焊接。運條時在坡口兩邊短暫停留，中間一帶而過，防止兩側夾槽過深和中間填充過高，收弧焊接時注意添滿弧坑。注意填充層厚度應距離坡口上表面約1.0 ～2.0 mm，為蓋面層焊接打好基礎［4-5］。圖6為填充層外觀形貌。

圖5 填充層的焊條角度

2.4 蓋面層的焊接

將填充層焊道清理干凈后進行蓋面層的焊接，為了提高焊接效率，采用φ4.0 mm 焊條直流反接施焊。焊條角度參考填充層控制在75°～85°左右，焊接要點與填充層一樣，同樣是在起焊點上方10 mm 處起弧，拉長電弧待第一滴熔滴落下后，壓低電弧慢慢落到起焊點處，看到根部焊縫兩側熔化后，正式向上焊接。換焊條時，也應按照起弧的操作要領，連接要準確，防止產生焊接缺欠。焊縫熔寬以坡口兩邊各熔化1.0 mm 左右為宜，余高控制在3.0 mm 以內。實際蓋面層表面成形情況，如圖7 所示。

圖7 焊縫成形后的形貌

焊接完成后，要對焊件進行清理，去除藥皮熔渣和飛濺物，表面不許有氣孔、咬邊、未熔合、夾渣等缺欠。

3 操作要點及注意事項

(1)嚴格按照要求做好試件的打磨和焊接材料的烘焙，控制好試件的組對間隙。

(2)打底層焊接時注意焊槍的擺動、填絲的快慢，控制好焊槍、焊絲、焊件之間的角度。

(3)填充層和蓋面層注意控制焊條的擺動幅度和坡口邊沿的停留時間，控制好焊條的角度。

4 結論

(1)采用氬電聯(lián)焊在立焊位置進行鋼板對接接頭焊接時，先用鎢極氬弧焊進行打底層焊接，避免焊接根部缺欠的產生，保證焊縫成形美觀;采用焊條電弧焊方法進行填充層和蓋面層焊接，可提高焊接效率和節(jié)約焊接成本。

(2)采用鎢極氬弧焊進行打底層焊接，省去了焊條電弧焊根部清渣工序，避免了焊接缺欠的產生，提高了焊接生產效率。焊件組對時要控制好組對間隙，組對間隙過大會造成打底層焊接困難，整體焊縫過寬影響焊接質量，組對間隙過小，會造成打底層未熔合。因此要控制始焊端對接間隙2.5 mm 左右，終焊端對接間隙3.0 mm 左右。

(3)焊接過程中，嚴格控制噴嘴與焊件的角度保持在70°～80°，焊絲與焊件的角度一般為20°～30°，填充層和蓋面層的焊接角度保持在75°～85°。注意電弧與填絲的配合及坡口中的運條方法，注意觀察熔池的變化調整焊接操作，可以得到成形良好的焊縫。