趙海云, 李海明, 李津, 胡建洪

(中國石油大港油田采油五廠，天津 300283)

0 前言

管板焊接，既不同于板件的橫位焊接，也不同于垂直固定管件的橫位焊接，其焊接的特點在于：管件開坡口，板件不開坡口。管件的坡口根部較薄，容易擊穿，板件較厚，不易擊穿。焊接時管件和板件需要的熱量不平衡，同時吸收焊接熱量和傳遞散發(fā)熱量的速度也不一樣，容易出現(xiàn)未熔合、夾渣等缺陷。管板焊接為單坡口焊縫，焊縫窄，且焊縫的上端有板件障礙，限制了焊接時的運條范圍，給焊縫的焊接帶來一定的困難[1-4]。

在很多生產(chǎn)現(xiàn)場的壓力容器的人孔的焊接，法蘭的焊接，由于所處的各種位置的不同，造成了焊工對管件焊口的各種空間位置都要具備有熟練的操作能力。同樣的管口與罐體或者與法蘭的對接焊，因為位置的不同就會產(chǎn)生平角焊，水平焊，仰角焊，其中以仰角焊，難度最大，焊口處于自下而上，焊工需要全程仰頭抬臂，隨著管口直徑不停的移動位置。焊接過程中，熔化的鐵水熔池稍有不慎就會下墜或者產(chǎn)生焊縫夾渣，造成缺陷。這里介紹管板仰位焊接焊條電弧焊的工藝要點，包括材料準備、焊接參數(shù)的選擇、焊接操作要點等內(nèi)容，希望對類似的焊接操作有一定的參考作用。

1 試驗材料與方法

采用普通的Q235鋼母材，板件尺寸為200 mm×200 mm×12 mm，管件尺寸為φ114 mm×8 mm×150 mm，板件中心開孔徑為管件內(nèi)徑大小的通孔，管件坡口角度開45° ±5°、鈍邊尺寸1.5 ～ 2.0 mm，管口垂直正坐式對正板中心圓孔，管內(nèi)徑邊線與板中心圓孔邊線對正，預留好間隙。打磨加工要求如圖1所示[1]，表1是 Q235鋼的主要化學成分及含量。

表1 Q235鋼主要合金元素(質(zhì)量分數(shù)，%)

圖1 打磨加工要求

選擇便于仰位焊接且力學性能良好的E5015型焊條，并采用利于操作的較小直徑(3.2 mm)，其化學成分要求見表2[2]。

表2 E5015焊條主要合金元素(質(zhì)量分數(shù)，%)

用磨光機、銼刀等工具在鋼管內(nèi)、外壁兩側20 mm和板件通孔焊接側20 mm范圍內(nèi)除凈鐵銹、油污和氧化皮等雜質(zhì)，使其呈現(xiàn)金屬色澤，注意打磨過程中不要破壞坡口角度和鈍邊尺寸，打磨的效果如圖2所示。

圖2 打磨效果圖

由于管件厚度為8 mm，用規(guī)格為3.2 mm焊條進行焊接時，分為組對和定位焊接、打底層焊接、填充層焊接和蓋面層焊接等工藝過程。各層的焊接參數(shù)要求見表3[2]。

表3 主要焊接工藝參數(shù)

2 焊接工藝流程

2.1 點固焊接

管板試件組對示意圖如圖3所示，對接間隙2.5～3.2 mm左右，一般應用等徑的焊條夾在試件的中間作為參考，錯邊量控制在1 mm以內(nèi)，可用內(nèi)對口器輔助操作。

圖3 組對位置示意圖

定位焊均布三點，不要在起焊處進行定位焊，每段定位焊縫的長度為5.0～10.0 mm，焊縫厚度控制在2.0 mm左右，參如圖4所示。根部定位焊縫是焊縫的一部分，工藝要求與正式焊接時相同，以防止產(chǎn)生裂紋并避免焊接過程中收縮變形量過大。定位焊后應仔細檢查定位焊縫，如發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，應用手砂輪將缺陷清除干凈，重新進行定位焊接。定位焊縫的兩端加工成斜坡形，以便于打底焊縫的焊接操作，組對效果如圖5所示。

圖4 定位焊示意圖

圖5 組對效果

2.2 打底層焊接

打底焊接時，在前半部分合適的起焊處前10.0 mm的地方用敲擊法引弧，電弧引燃后先不要正式焊接，先拉至起焊點的坡口中間并拉長電弧，起到預熱起焊點的作用，待坡口兩邊沿有熔化跡象時，壓低電弧往上頂，看到形成熔池并聽到擊穿的“噗噗”聲后，立即收弧，從第一個定位焊點至第二個定位焊點為一個挪動的間歇，如此反復操作和挪動身體如此反復進行直至整個打底層焊接完成。焊接過程中要掌握好起弧、收弧的時間，一般是2～3 s。如果發(fā)現(xiàn)熔池金屬有下淌的趨勢時，立即收弧并延長?；〉臅r間，待熔池金屬顏色變暗后再繼續(xù)焊接。

焊接的位置處于仰焊位，熔融金屬受重力作用有下墜的傾向，為了避免焊縫出現(xiàn)內(nèi)凹和焊瘤，焊接坡口角度和焊接電流的選擇都很重要，如圖6所示。此外，焊接動作要穩(wěn)定，每次引弧的位置要準確，收弧的動作要果敢利落，保持短弧施焊，坡口兩邊停留時間不要過長。

圖6 打底層焊接角度示意圖

后半部分的焊接方法跟前半部分一樣，只是后半部分焊接時要多出兩個焊道的接頭，接頭部分的處理可以用鏨子、銼刀或者是角向磨光機修整為緩坡以便于接頭處的熔合和焊透。接頭起焊時跟前半部分的起弧方式一樣也是在起焊處前約5.0～10.0 mm的地方起弧，待電弧燃燒穩(wěn)定后慢慢壓低電弧，移動到起焊處稍停一會，看到形成熔池后進入正常焊接。收弧處要填滿緩坡且要焊過初始引弧處5.0～10.0 mm，避免產(chǎn)生收弧縮孔和弧坑。

打底焊接結束后，對焊道進行清渣處理，以便于下一步填充層的操作，防止下一步焊接時出現(xiàn)夾渣缺陷，打底焊接的效果如圖7所示.一是打底效果好的基本可以滿足要求；二是效果不好的，其原因是沒有掌握好打底焊接的角度和坡口兩邊沿停留的時間，打底操作時要調(diào)整好焊接的位置、焊條的角度及焊接電流等重要參數(shù)，以保證取得良好的焊接效果。

圖7 打底焊接的效果

2.3 填充層焊接

填充層的焊接，可根據(jù)個人焊接手法的不同，采用單道或多道進行焊接，焊接角度如圖8所示。

圖8 填充層和蓋面層焊接示意圖

采用多道焊時可選用直線或小圓圈運條，類似于板對接橫位焊的填充層操作手法，由下至上分2～3道填充。第一道應保證焊縫金屬與坡口下邊沿的熔合，避免出現(xiàn)未熔合、熔池下墜、咬邊等缺陷；中間焊道要壓住第一道的1/3～1/2處，保證焊道間的充分熔合防止焊道脫節(jié)；后面的焊道，也就是最上面的焊道一定要保證焊縫金屬與鋼板底面的熔合，避免出現(xiàn)咬邊、未熔合和熔池下墜。整個填充層的焊接速度不要太快，使焊道自下而上緊密排列。焊接過程中保持熔池清晰可見，防止熔池與熔渣混淆不清的現(xiàn)象出現(xiàn)，否則應拉長電弧向后甩一下，將鐵水和熔渣分離再繼續(xù)焊接。還要注意，填充層焊接時不要將坡口下邊沿蓋住，要留出1.0～2.0 mm的余量。填充層的成型效果應該是中間略鼓，為蓋面層的焊接做好準備。

單道焊接填充層可選用斜鋸齒形運條，下坡口面停留時間要段，上坡口面停留時間要稍長一點，防止熔池下墜形成焊瘤及上坡口面與鋼板底面產(chǎn)生咬邊缺陷，填充效果與多層焊接相同[3]，填充效果如圖9所示。

圖9 填充效果

2.4 蓋面層焊接

完成打底和填充層焊接后，整個焊道大部已經(jīng)被填滿，剩下的蓋面層不僅要保證焊接質(zhì)量還要兼顧焊縫的美觀，為了得到中間凸起的效果可采用斜鋸齒和月牙形運條的方法。蓋面層可分為三道焊，第一道占據(jù)整個蓋面層焊縫寬度的1/2～2/3，與填充層的要求一樣保證下坡口面的熔合；第二道占據(jù)蓋面焊縫總寬度的1/2，壓第一道焊縫的1/3～1/2，保證焊道間的熔合；第三道應保證焊縫金屬與鋼板底面的熔合，而且垂直焊接角度要小一些，防止出現(xiàn)咬邊，完成的效果如圖10所示。

圖10 蓋面效果圖

3 結論

管板對接仰位手工焊條電弧焊是所有焊接形式中較難的一種，只有熟練掌握焊接操作的所有基本焊接手法能才完成，每一步驟都要掌握操作要點。

(1)焊件處理時，嚴格按照打磨的要求，清除焊縫邊沿20 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污和氧化皮等雜質(zhì)。

(2)打底層要保證焊透，坡口兩邊要熔合好，防止出現(xiàn)縮孔、未熔合、咬邊及較深的凹槽等缺陷，該層的焊接時要調(diào)整好焊接電流、控制焊條角度和停留時間。

(3)填充層要做到焊接勻速平穩(wěn)，焊接角度適時變化，保證焊縫中間凸起并與坡口下邊沿及鋼板底面熔合良好。

(4)蓋面層焊接的整體效果和填充層要求差不多，但最后一道的焊接一定要減小垂直焊接角度以保證鋼板底面不會出現(xiàn)咬邊。