埋弧焊焊接質量控制的四大基本要素

高玲麗，高　良

（浙江精工鋼結構集團有限公司，浙江紹興312030）

埋弧焊焊接質量控制的四大基本要素

高玲麗，高良

（浙江精工鋼結構集團有限公司，浙江紹興312030）

針對鋼結構工廠大量采用埋弧焊（SAW），又常常岀現質量問題的實際，從埋弧焊（SAW）的工藝研究開始，闡述影響埋弧焊（SAW）的四大基本要素——焊接電流、焊接電壓、焊接速度以及埋弧焊劑的選用原則、注意事項和采購標準約定，對防止埋弧焊質量通病有重要的參考價值。

埋弧焊；四大要素；鋼結構

0　前言

在建筑鋼結構制作工廠中，埋弧焊（SAW）是最主要的焊接技術。據不完全統計，一個普通的鋼結構制作工廠其80％以上焊接工作量是由埋弧焊（SAW）完成，因此，抓好埋弧焊工藝對鋼結構制作工廠有重要的現實意義。

埋弧焊與其他焊接方式的區別：

（1）稀釋率高。在不開坡口對接縫單道焊或雙面焊以及開坡口對接縫的根部焊道焊接時，由于埋弧焊焊縫熔透深度大，母材大量熔化，混入焊縫金屬，稀釋率可高達70％。

（2）熱輸入高。埋弧焊是一種高效焊接方法，為獲得更高的熔敷率，人們容易錯誤的選用大電流焊接，因此，焊接線能量增加，焊接過程中產生了高的輸入熱量，結果降低了焊縫金屬和熱影響區的冷卻速度，延長了t8/5，降低了焊接接頭的強度和韌性。

（3）焊接速度快。埋弧焊一般的焊接速度為25 m/h，最高焊接速度可達到100 m/h。

在這種情況下，焊縫良好的成型和綜合性能不僅取決于焊接參數的合理配比，而且也取決于焊劑的特性，這是埋弧焊（SAW）與其他焊接方式不同之點。

根據上述特點，焊接工藝參數的制定應以相應的焊接工藝試驗結果或焊接工藝評定試驗結果為依據。

埋弧焊工藝參數分主要參數和次要參數。主要參數是指直接影響焊縫質量和生產效率的參數，它們是焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電流種類及極性和預熱溫度、焊劑的配伍及質量等。對焊縫質量產生有限影響或無明顯影響的參數為次要參數，它們是焊絲伸出長度、焊絲傾角、焊絲與工件的相對位置、焊劑粒度、焊劑堆散高度和多絲焊的絲間距離等。有關操作技術的參數有引弧和收弧技術、焊接襯墊的壓緊力、焊絲端的對中以及電弧長度的控制等。

1　焊接電流

焊接電流是決定焊絲熔化速度、熔透深度和母材熔化量的最重要的參數。焊接電流對熔透深度影響最大，焊接電流與熔透深度幾乎是直線正比關系。I形對接焊和Y形坡口對接焊時，焊接電流和熔透深度的關系曲線如圖1所示。數學式表示為

式中H為熔透深度；Km為熔透系數；I為焊接電流（單位：A）。

圖1　焊接電流與熔透深度的關系

熔深系數Km取決于焊絲直徑和電流種類。對于φ2 mm直徑的焊絲，Km=1.0～1.7；對于φ5 mm焊絲，Km=0.7～3；采用交流電埋弧焊時，Km一般為1.1～1.3。

焊接電流對焊縫截面形狀和熔深的影響如圖2所示，即在其他參數不變的條件下，隨著焊接電流的提高，熔深和余高同時增大，焊縫形狀系數變小。為防止燒穿和焊縫裂紋，焊接電流不宜選的太大，但電流過小也會使焊接過程不穩定并造成焊透或未熔合，因此，焊接電流對于不開坡口對接焊縫，按所要求的最低熔透深度來選定即可，對于開坡口焊縫的填充層，焊接電流主要按焊縫的最佳成形為準則來選定。此外，焊絲直徑決定了焊接電流密度，因而也對焊縫橫截面形狀產生一定的影響，采用細焊絲焊接時，形成深而窄的焊道，采用粗焊絲焊接時，則形成寬而淺的焊道。

H—熔深；B—焊縫寬度；a—余高。圖2　焊接電流對焊縫橫截面形狀和熔深的影響

2　電弧電壓

電弧電壓與電弧長度成正比關系。在其他參數不變的條件下，隨著電弧電壓的提高，焊縫的寬度明顯增大，而熔深和余高則略有減小。電弧電壓過高時，會形成淺而寬的焊道，從而導致未焊透和咬邊等缺陷的產生。此外焊劑的熔化量增多，使焊波表面粗糙，脫渣困難。降低電弧電壓，能提高電弧的挺度，增大熔深。但電弧電壓過低，會形成高而窄的焊道，使邊緣熔合不良。電弧電壓對焊縫形狀的影響如圖3所示。

H—熔深；B—焊縫寬度；a—余高。圖3　電弧電壓對焊縫形狀的影響

為獲得成形良好的焊道，電弧電壓與焊接電流應相互匹配。當焊接電流加大時，電弧電壓應相應提高。

3　焊接速度

焊接速度決定了每單位焊縫長度上的熱輸入能量，在其他參數不變的條件下，提高焊接速度，單位長度焊縫上的熱輸入能量和填充金屬量減少，因而使熔深、熔寬及余高都相應地減小，如圖4所示。

焊接速度太快，會產生咬邊和氣孔等缺陷，焊道外形惡化；焊接速度太慢，可能引起燒穿。如果電弧電壓同時較高，則可能導致橫截面呈蘑菇形焊縫。而這種形狀的焊縫對人字形裂紋或液化裂紋敏感。這種焊縫中產生的典型凝固裂紋如圖5所示。此外，還會因熔池尺寸過大而形成表面粗糙的焊縫。為此，焊接速度應與所選定的焊接電流、電弧電壓適當匹配。

H—熔深；B—焊縫寬度；a—余高。圖4　焊接速度對焊縫形狀的影響

圖5　橫截面為蘑菇形焊縫及裂紋分布部位

4　埋弧焊（SAW）焊接參數實例

（1）焊材選配與準備。焊絲、焊劑等焊接材料與母材的匹配應符合設計要求及現行國家標準《鋼結構焊接規范》GB50661-2011的規定（見表1），焊劑在使用前應按其產品說明書及焊接工藝文件的規定進行烘焙和存放。

表1　常用結構鋼埋弧焊焊接材料的選配

（2）焊接工藝評定試驗。按現行國家標準《鋼結構焊接規范》GB50661-2011的規定實施，由具有國家技術質量監督部門認證資質的檢測單位進行檢測試驗。

（3）埋弧焊工藝參數可參考表2～表5。

表2　鋼板對接工藝參數

表3　龍門單絲埋弧焊接參數

表4　龍門雙絲埋弧焊接參數

表5　角焊縫焊接參數

5　埋弧焊劑的選用原則、使用注意事項及采購標準約定

5.1焊劑的選用原則

（1）焊接低碳鋼時，一般選用高錳高硅焊劑。若采用含錳的焊絲，則應選擇中錳低錳或無錳型焊劑。

（2）焊接低合金高強鋼時，可選擇中錳中硅或低錳中硅等堿性焊劑。為得到更高的韌性，可選用堿度高的熔煉型或燒結型焊劑，尤以燒結型為宜。

（3）焊接低溫鋼時，宜選擇堿度較高的焊劑，以獲得良好的低溫韌性，若采用特制的燒結焊劑，它向焊縫中過渡Ti、B元素，可獲得更優良的韌性。

（4）耐熱鋼焊絲的合金含量較高時，宜選用擴散氫含量低的焊劑，以防止產生焊接裂紋。

（5）焊接奧氏體等高合金鋼時，應選用堿度較高的焊劑，以降低合金元素的燒損，故熔煉焊劑以無錳中硅高氟型為宜。

5.2SAW焊劑使用注意事項

為了有效防止熱裂紋和各種焊接缺陷（缺欠），SAW焊劑必須保證以下性能：

（1）焊縫金屬具有符合要求的化學成分和力學性能；（2）電弧穩定燃燒，焊接冶金反應充分；（3）焊縫金屬內不產生裂紋和氣孔；（4）焊縫成形良好；（5）熔渣的脫渣性良好；（6）焊接過程有害氣體析出最少。

5.3焊材SJ101（埋弧焊劑）質量標準

質量標準見表6。

5.4焊材HJ431（埋弧焊劑）質量標準

質量標準見表7。

5.5采購HJ431埋弧焊焊劑質量標準

HJ431配H08A（F4A2）焊劑質量標準必須滿足國家標準GB/T5293-1999《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》，具體標準數據如下：

（1）焊劑顏色呈棕紅色的玻璃狀顆粒。

表6　SJ101技術要求

表7　HJ431技術要求

（2）焊劑顆粒度要求8～40目，見表8。

表8　粒度要求

（3）焊劑含水量不大于0.10％。

（4）焊劑中機械夾雜物的質量百分含量不大于0.30％。

（5）焊劑中的w（S）≤0.06％，w（P）≤0.08％。

（6）熔敷金屬力學性能：抗拉強度σb≥415 MPa；屈服強度σs≥330 MPa；伸長率δs≥22％；熔敷金屬沖擊吸收功AKV≥27 J（-20℃）。

（7）焊接工藝性能應達到：電弧非常穩定，焊接過程中無雜質，電弧柔和；脫渣容易會自動整塊脫落；焊接時沒有氣孔、壓坑出現；焊道與焊道之間、焊道與母材之間過渡平滑，焊縫金屬與母材金屬熔合良好，無凹陷；焊道表面平整光滑，無麻點，成形美觀。

5.6采購SJ101埋弧焊焊劑質量標準

SJ101配H10Mn2（F5A2）焊劑質量標準必須滿足國家標準GB/T5293-1999《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》，具體標準數據如下：

（1）焊劑顏色呈淺灰色的球形顆粒。

（2）焊劑顆粒度要求10～60目，見表9。

表9　粒度要求

（3）焊劑含水量不大于0.10％。

（4）焊劑中機械夾雜物的質量百分含量不大于0.30％。

（5）焊劑中的w（S）≤0.06％，w（P）≤0.08％。

（6）焊劑中的堿度大于等于1.8。

（7）熔敷金屬力學性能：抗拉強度σb≥480 MPa；屈服強度σs≥400 MPa；伸長率δs≥22％；熔敷金屬-20℃沖擊吸收功大于等于27 J。

（8）焊接工藝性能應達到：電弧非常穩定，焊接過程中無雜質，電弧柔和；脫渣容易會自動整塊脫落；焊接時沒有氣孔、壓坑出現；焊道與焊道之間、焊道與母材之間過渡平滑，焊縫金屬與母材金屬良好熔合，無凹陷；焊道表面非常平整光滑，無麻點、毛刺整齊，成形美觀。

Four basic elements of quality control for submerged-arc welding

GAO Lingli，GAO Liang
（Zhejiang Jinggong Steel Structure Group Co.，Ltd.，Shaoxing 312030，China））

For the quality problem often appearing in submerged arc welding（SAW）used in great quantities in the steel structure factory, the selection principle,matters need attention and purchasing standard of four basic elements of SAW including welding current,welding voltage,welding speed and welding flux are studied.This paper has very important reference value for preventing the common quality problems ofSAW.

submerged arc welding；four elements；steel structure

TG445

B

1001－2303（2016）05－0067-06

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.05.15

2015-12-22

高玲麗（1982—），女，學士，主要從事大跨度、高層建筑鋼結構的研究工作。