焊條電弧焊立對接單面焊雙面成型技術(shù)及質(zhì)量控制

安才

（遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，丹東 118009）

焊條電弧焊立對接單面焊雙面成型是“1+X”特殊焊接技術(shù)職業(yè)技能等級證書中級必考項(xiàng)之一，也是一名焊工必須掌握的基本技能，在船舶、壓力容器中應(yīng)用廣泛。合格的單面焊雙面成型要求焊縫表面沒有缺陷。焊縫內(nèi)部要求進(jìn)行X射線耐檢[1]，合格后才可以使用。本文嚴(yán)格按照“1+X”特殊焊接技術(shù)職業(yè)技能等級證書考核標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施焊接，包括焊接工藝制定、焊前準(zhǔn)備、焊接操作、缺陷原因分析、安全及其他注意事項(xiàng)。

1 焊接工藝制定

焊接前，需要對焊接試件進(jìn)行分析，并制定焊接工藝卡，能夠很好地實(shí)施焊接，保證其焊縫質(zhì)量，如表1所示。接頭簡圖，如圖1所示。其中，板厚S為12 mm，坡口角度ɑ為30°±1°，裝配后板寬度B為240 mm，裝配間隙b為3.5～4.5 mm，鈍邊p為1～1.5 mm。焊接參數(shù)，如表2所示。

2 焊前準(zhǔn)備

首先，焊機(jī)檢查。本次使用焊機(jī)為奧太ZX7-315直流焊機(jī)，焊接前要先檢查焊接設(shè)備是否良好，焊鉗是否有松動。其次，焊條烘干。E5015焊條為低氫鈉型焊條，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。焊接前焊條要按照要求進(jìn)行烘干處理，準(zhǔn)備好焊條保溫桶，焊條隨用隨取，避免焊條再次受潮導(dǎo)致焊縫內(nèi)部出現(xiàn)氣孔[2]。最后，試件打磨。使用角磨機(jī)對坡口面、焊縫兩側(cè)20 mm內(nèi)進(jìn)行打磨，使之漏出金屬光澤，并預(yù)留鈍邊1.0～1.5 mm。

表1 焊接工藝卡

圖1 接頭簡圖

3 焊件組對

第一，裝配。焊接過程中，由于焊件受熱產(chǎn)生縱向收縮變形，在組對時(shí)要預(yù)留好焊接縫隙。始焊端預(yù)留3.2 mm的間隙，終焊端預(yù)留4.0 mm的間隙，對焊件進(jìn)行裝配固定，要求在正面進(jìn)行焊接固定，長度為10 mm。第二，預(yù)留。反變形在焊接時(shí)，焊件會產(chǎn)生變形。為保證焊件焊完后的平整度，預(yù)留反變形量，一般為3°。第三，焊接升降工作臺固定高度一般為300～700 mm，可根據(jù)個(gè)人情況適當(dāng)調(diào)整，并對固定位置進(jìn)行處理以準(zhǔn)備焊接。

表2 焊接參數(shù)

4 焊接操作

4.1 焊接特點(diǎn)

立焊時(shí)，熔池金屬與熔渣因自重下墜，容易分離，便于觀察和控制好熔池的形狀，一般為橢圓形或扁圓形。操作時(shí)要實(shí)時(shí)控制好熔池溫度，否則容易產(chǎn)生焊瘤、咬邊以及夾渣等缺陷，導(dǎo)致焊縫不平整。由于是單面焊雙面成型焊接生產(chǎn)率較低，為保證焊接質(zhì)量，在操作時(shí)要做到不慌不忙、深刻體會、“一聽二看三準(zhǔn)四悟”的精髓[3]。

4.2 打底層焊接

打底層采用3.2 mm焊條，直流正接，斷弧打底。焊條向收弧端傾斜65°～80°，焊條垂直于焊件。焊接時(shí)采用劃擦法引弧，引燃電弧后讓焊條端部1 mm處的焊條熔化，再壓低電弧進(jìn)行焊接第一點(diǎn)，擊穿時(shí)有“噗噗”聲發(fā)出表示已焊透，此時(shí)果斷抬起電弧，觀察熔池溫度，稍有下降再次把電弧準(zhǔn)確落在上一電弧的2/3處，以此類推進(jìn)行焊接。更換焊條時(shí)需要接頭，而接頭是打底的關(guān)鍵。焊透方法對接頭很重要，主要包括兩種方法。第一種方法是接頭處打磨成斜坡，從接頭下方10 mm處引燃電弧并壓低電弧往上焊接，至斜坡處電弧伸進(jìn)坡口根部確保焊透。電弧停留時(shí)間是正常焊接的2倍約5 s。第二種方法是快速更換焊條，從弧坑的上方10 mm處引燃電弧，從坡口側(cè)把電弧拉倒弧坑處，采用畫圈的方法把接頭接上，時(shí)間約5 s。

4.3 填充層焊接

采用Φ3.2 mm焊條，直流反接。填充第一層焊接焊前要徹底清理打底層焊道的熔渣，使用扁鏟和角磨機(jī)進(jìn)行清渣和打磨焊道，為第一次填充打好基礎(chǔ)。采用大的適宜焊接電流及輔助參數(shù)進(jìn)行焊接，根據(jù)掌握程度使用鋸齒形或月牙形焊接方法，控制好短弧焊接的焊接角度。要在焊趾處多加停留，確保兩側(cè)熔合好，焊道平整，避免產(chǎn)生未熔合現(xiàn)象。接頭采用反問號的方法在弧坑上方10 mm處引燃，從上方短弧燃燒到弧坑處進(jìn)行焊接（反問號接頭法）[4]。

填充第二層焊接焊前要徹底清理填充第一層焊道的熔渣，使用扁鏟和角磨機(jī)進(jìn)行清渣和打磨焊道，為第二次填充打好基礎(chǔ)。采用合適的焊接電流及輔助參數(shù)進(jìn)行焊接，根據(jù)掌握程度使用鋸齒形或月牙形焊接方法，控制好短弧焊接的焊接角度。要在焊趾處多加停留，確保兩側(cè)熔合好，焊道平整，避免產(chǎn)生未熔合現(xiàn)象。接頭采用反問號的方法在弧坑上方10 mm處引燃，從上方短弧燃燒到弧坑處進(jìn)行焊接。第二層的填充與第一層的區(qū)別在于不僅要使焊道平整，還不能熔化坡口棱角，需給蓋面焊接留余量，一般為0.5～1.0 mm。

4.4 蓋面層焊接

采用Φ3.2 mm焊條，直流反接。蓋面層焊接可采用反月牙形或鋸齒形擺動法，焊條擺動至坡口邊緣時(shí)停頓0.5～1.0 s，避免產(chǎn)生咬邊缺陷，使焊縫中間正常過渡。熔池形狀為扁圓形或橢圓形。蓋面時(shí)采用的電流相對較小。更換焊條接頭時(shí)，起弧瞬間焊條燃燒不充分會造成氣孔或夾渣，嚴(yán)重影響內(nèi)部質(zhì)量。因此，起弧時(shí)在距弧坑15～20 mm處引燃電弧，以利用這段距離使焊條達(dá)到正常燃燒。采用反問號的接頭方法，待熔池填滿弧坑后，正常做月牙形或鋸齒形擺動。蓋面層的焊接不僅要讓焊縫美觀，還要避免焊縫表面出現(xiàn)焊接缺陷，從而保證整個(gè)焊縫質(zhì)量。一個(gè)合格的焊縫不僅是焊縫表面良好，也要保證內(nèi)部質(zhì)量能夠達(dá)到要求[5]。

5 焊接缺陷的產(chǎn)生原因及其控制途徑

焊條電弧焊的電弧電壓主要由電弧長度決定。電弧過長，對熔化金屬保護(hù)差，空氣中的氧、氮等有害氣體容易侵入，易使焊縫產(chǎn)生氣孔，降低焊接金屬力學(xué)性能。但是，弧長也不易過短,否則會引起粘條現(xiàn)象。此外，由于電孤對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。缺陷的產(chǎn)生和操作者的技術(shù)水平和掌握程度有關(guān)，需要操作者不斷練習(xí)掌握焊接技巧，從而提高焊縫質(zhì)量。根據(jù)焊接接頭中存在的缺陷的性質(zhì)、尺寸、數(shù)量和密集程度，其質(zhì)量等級劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ級。其中，Ⅰ級質(zhì)量最好，Ⅵ級質(zhì)量最差。通過如圖1所示的底片可以找到出現(xiàn)缺陷的原因，并加以改正。一般規(guī)定Ⅰ級焊接接頭內(nèi)不允許存在裂紋、未熔合、未焊透以及條形缺陷，Ⅱ級焊接接頭內(nèi)不允許存在裂紋、未熔合以及未焊透。圓形缺陷包括長寬比不大于3的夾渣、氣孔和夾鎢等缺陷。條形缺陷包括長寬比大于3的夾渣、氣孔和夾鎢等缺陷。

圖1 底片

6 安全及其他注意事項(xiàng)

實(shí)施焊接時(shí)要嚴(yán)格按照焊接專業(yè)安全操作規(guī)程進(jìn)行，明確認(rèn)識到安全的重要性。職業(yè)院校與企業(yè)進(jìn)行雙主體育人，實(shí)施6S教學(xué)管理模式，使學(xué)生在校期間培養(yǎng)良好的習(xí)慣，以便成為技術(shù)夠硬、素質(zhì)較高的人才，也有助于能夠快速適應(yīng)企業(yè)的工作。

7 結(jié)語

焊條電弧焊立對接單面焊雙面成型技術(shù)是現(xiàn)階段重要的焊接工藝之一。在船舶業(yè)、制造業(yè)及一些重要的構(gòu)件焊接操作中應(yīng)用焊條電弧焊立對接單面焊雙面成型技術(shù)，能夠保障焊接的安全性。應(yīng)用焊條電弧焊立對接單面焊雙面成型技術(shù)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對該技術(shù)的理解，準(zhǔn)確選擇參數(shù)，保持嚴(yán)謹(jǐn)性與規(guī)范性，從而不斷提高焊接質(zhì)量。