氣電立焊焊接工藝要素及施工注意事項

何國中，鄧志強，胡順克

(上海華潤大東船務工程有限公司，上海 202155 )

氣電立焊焊接工藝要素及施工注意事項

何國中，鄧志強，胡順克

(上海華潤大東船務工程有限公司，上海 202155 )

文章在實踐的基礎上，介紹了氣電立焊設備、焊接材料及各項焊接參數和焊接過程中的注意事項，并比較分析板厚δ=30 mm 的高強度鋼DH36及板厚δ=25 mm 的高強度鋼EH36兩種規格板材的焊接工藝，闡述氣電立焊焊接工藝在實際生產中的實用性。

高強度鋼DH36，EH36；氣電立焊；焊接工藝評定試驗；力學性能試驗

氣電立焊是目前修、造船廠大型拼板立焊對接中不可缺少的高效焊接工藝方法之一。其應用于中、厚板的立焊對接全熔透焊接且一次成形，出于熔透的角度考慮，坡口以及反面間隙大小都有嚴格要求，大量的金屬熔化必定伴隨著大量焊接線能量，其線能量遠超普通的埋弧自動焊和CO2氣體保護焊，故而控制氣電立焊焊縫及其熱影響區的低溫沖擊韌性是保證其焊縫質量的一個重要要素。從實際情況來看，焊縫中心及熱影響區波動很大，常常出現低值，并且焊縫中心沖擊值普遍較低。

1 焊接設備及焊接相關材料要素

與普通的CO2氣體保護焊相比較，除焊接電源(500型)、送絲機構及氣體流量計之外，氣電立焊的焊接設備還有焊接小車(焊接移動及其控制裝置)、水冷卻系統(水箱及導管)、導軌、銅滑塊。焊接時導軌固定在焊縫一側，焊接小車通過齒輪固定并在導軌上向上行走，焊槍與銅滑塊固定在焊接小車上同步移動，水冷卻導管通過銅滑塊進行冷卻，最后在焊接時通過反面的陶瓷襯墊及正面的銅滑塊將坡口內熔化金屬強制成形。

焊接材料使用直徑1.6 mm藥芯焊絲(SC-EG2 Cored)，背面襯墊采用陶瓷磚式帶有弧型凹槽的襯墊(TC-F2)，板厚大于14 mm的一般采用凹槽寬16 mm的襯墊，板厚小于等于14 mm的一般采用凹槽寬8～12 mm的襯墊。焊接時采用CO2氣體(純度>99.5%)進行保護。

2 焊接過程中注意事項和各項焊接參數

2.1 焊前檢查

1)焊接前對各項設備進行檢查，確保焊機運行正常并檢查水箱儲水量，焊工勞動防護用品必須穿戴整齊。

2)焊接時工作環境溫度不得低于-5 ℃，風速小于3 m/s，焊前注意氣候變化，下雨時嚴禁施工，且不準貼襯墊。

3)檢查電氣系統、冷卻水系統、氣體供給量、焊絲等是否正常并符合焊接時使用要求。

2.2 焊前準備

1)坡口設計：坡口為V型坡口，坡口角度及其間隙應與板厚相對應，具體對照見表1。

表1 氣電立焊坡口角度及其間隙與板厚對照表

2)板材裝配時，應在坡口的反面采用馬板進行固定，每間隔350 mm設置一塊馬板。裝配時將焊縫兩側正反面的增強量磨平(每側寬度約25～30 mm)，以保證襯墊和銅滑塊與鋼板表面緊貼。并且當坡口邊緣局部不平整度超過1 mm時，必須經過火工校正。如遇到板材厚度不一的情況，應在板材較厚一側按船級社相關要求開過渡坡口，使銅滑塊能順利過渡。

3)將送絲機和焊絲安裝在焊接小車上，CO2送絲機及導管需理順以保證其在焊接過程中送絲穩定，且注意送絲導管不能從焊接小車上方繞過，否則在焊接過程中就會發生由于導管的羈絆而導致焊接小車無法向上行走，從而導致焊接強行中止。

4)檢查并安裝水冷成形銅滑塊至焊縫中心，銅滑塊必須與坡口兩側板材緊密貼合，銅滑塊尺寸視板厚而定。具體滑塊尺寸如表2所示。

表2 銅滑塊尺寸與板厚對照表 mm

5)如需焊絲擺動，預先將擺幅與兩端停留時間調整好。

2.3 焊接操作

1)將焊接小車與焊接電源、CO2氣管、水冷卻管等連接完畢，并調節焊接小車位置使焊絲端部對準起弧位置。

2)調節好各項焊接參數，包括電流、電壓、擺動幅度(若需要擺動)及焊絲前后停頓時間。然后按起弧按鈕，起弧后再按擺動按鈕。

3)焊接參數調整。

(1)焊接電流和電壓。根據具體板厚，焊接電流一般為340～400 A，電壓一般為34～40 V。焊接過程中焊工觀察熔池，若發現根部或坡口兩邊出現熔合不良的狀況，則需加大電流；反之，若出現電弧不穩定，則需減小電流。焊接過程中電壓過大會導致焊縫出現咬邊，電壓過小會導致焊接時電弧不穩定。具體焊接參數見表3。

表3 電流、電壓參數

(2)焊絲擺動及停留時間。一般情況下，14 mm以下板材采用氣電立焊進行焊接時，焊絲不需擺動；板厚為14～20 mm板材焊接時，可選擇性采用擺動焊絲；當板材厚度超過20 mm時，則焊絲必須進行擺動，焊工可在焊接時通過觀察電弧位置和熔化金屬熔合狀況調整焊絲擺動幅度及停頓時間。擺動可使焊縫金屬成分更加均勻、致密，且有利于擺動兩端熔化金屬與母材充分熔合，既改善焊縫性能，又有效避免焊縫出現未熔合、未焊透、咬邊等缺陷。

(3)焊絲伸出長度。若伸出長度太長，會造成電弧不穩定，飛濺過大，且容易因熔化金屬與銅滑塊接觸面積不夠而導致冷卻效果不佳，從而導致燒穿、氣體保護效果不佳或焊縫金屬晶粒粗大(降低焊縫韌性)；若伸出長度太短，易使飛濺物堵住導電嘴，有時飛濺物熔化到熔池中而造成成型較差。一般情況下，焊絲伸出長度宜控制在25～35 mm。

4)焊工在焊接過程中，需全程注意觀察熔池形態，根據其與坡口兩側及正反面的熔合情況隨時調整焊接參數，并保證焊絲(電弧)與銅滑塊中心線、坡口中心線始終對準，同時將熔池液面與銅滑塊氣體出口之間的距離控制在5～10 mm。在焊接時焊工需注意及時清理銅滑塊保護氣體盒及熔池表面的飛濺物、多余的熔渣等雜質。

5)焊接完成后，按下停止按鈕使其熄弧并停止擺動，待焊縫內熔化金屬凝固并成型后方可取下銅滑塊和焊接小車，并將銅滑塊和導電嘴清理干凈。

6)焊接結束后斷開所有電源開關，并將水管、電纜、氣管等進行分離整理。

3 焊接工藝評定試驗實例及分析

根據現場施工要求并結合氣電立焊自身線能量大的特點，特選擇現場施工(筒體拼板立焊對接)。選用DH36板材(厚度30 mm)以及材質覆蓋范圍較大的EH36高強度板材(厚度25 mm)，考慮線能量過大對EH36沖擊性能的影響，故而板厚相對DH36稍薄。具體焊接工藝試驗參數如表4所示。

焊接48 h之后，經無損表面著色探傷、X光射線探傷無明顯缺陷，焊縫探傷結果合格。之后取樣進行物理試驗，試驗結果表明DH36、EH36氣電立焊焊縫相關力學性能均滿足船級社要求，其力學性能試驗如彎曲、拉伸、沖擊、硬度試驗結果如表5所示。

4 結束語

1)以上船用高強鋼DH36(厚度30 mm)、EH36(厚度25 mm)的焊接、探傷及物理試驗結果表明，氣電立焊適用于EH36以下等級的各類船用鋼板的焊接施工，其焊接質量如力學性能及焊縫成型尺寸等指標均能滿足各船級社標準要求。

2)由于是一道成型，所以氣電立焊具有高線能量的特點，其直接影響到焊縫中心及其熱影響區的沖擊韌性，所以必須要根據不同板厚來嚴格控制板材的坡口角度及坡口間隙，從而有效控制線能量；同時在焊接過程中，焊工需通過焊絲伸出長度控制熔化金屬與銅滑塊(冷卻及成型控制)的接觸面積來合理控制熔化金屬冷卻及凝固速度，從而改善焊縫性能。

3)反面陶瓷襯墊及銅滑塊的尺寸需根據實際坡口的反面間隙及坡口正面寬度來進行選定。

4)焊接過程中需注意不能有任何電纜或導管從焊接小車上方繞過，否則會出現因電纜或導管的羈絆而使焊接小車無法向上移動而造成焊接停止，從而在焊接停止端產生焊瘤、夾渣、氣孔等多種缺陷。

5)經過實際生產應用之后，在保證焊接質量的前提之下，算上焊前準備及焊后收尾時間，其焊接效率相比較CO2半自動焊接提高了6～7倍，建議推廣使用。

Based on practice,main factors are summarized including equipments,welding materials,welding parameters and various requirements for the Electro-Gas Welding.Welding procedure qualification of DH36(δ=30 mm)and EH36(δ=25 mm)are compared and analyzed,which elaborates its practicability in production.

high-strength steel DH36，EH36;Electro-Gas Welding；welding procedure qualification test;mechanical test

表4 氣電立焊焊接工藝評定試驗參數

表5 力學性能試驗結果

何國中(1968-)，男，上海人，工程師，大學本科，主要從事船舶生產、質量、技術管理工作。

TG44

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.008

2016-04-28