鎢極氬弧焊管-管V形坡口水平固定位置焊淺析

楊濤

（威海市文登技師學院，山東 威海 264400）

近年來，鎢極氬弧焊有電弧穩定、焊接成形好、易操作等優點，多應用于小徑管和中徑管高壓管道的焊接。本文以12Cr1MoV低合金鋼中徑管為例進行闡述。12Cr1MoV屬于Gr-Mo型珠光體耐熱鋼，具有較高的抗氧化性和熱強性，但Gr、Mo元素能顯著提高鋼的淬硬性，易產生裂紋。

1 焊接材料

1.1 母材成分（見表1）

表1 12Cr1MoV鋼的化學成分（質量分數/%）

1.2 力學性能（見表2）

表2 12Cr1MoV鋼的常溫力學性能

1.3 焊接性分析

12Cr1MoV鋼中碳的質量分數比較小，焊接性好，但是12Cr1MoV鋼中合金元素較多，除Cr、Mo主要元素外，還有V、Mn、Si等合金元素，這些合金元素雖能提高鋼的蠕變強度和組織穩定性，但易使焊縫和熱影響區產生淬硬傾向，從而產生冷裂紋。

2 焊前準備

（1）材料。①試件材料：12Cr1MoVφ100×4mm；②焊接材料：焊絲ER49-1(H08Mn2SiA)φ2.5mm，鎢極φ2.5mm，氬氣≥99.99%。

（2）焊接設備。時代焊機WS—400。

（3）坡口加工。70°V形坡口。

（4）焊前清理。用角磨機將管子外壁坡口面及其兩側10～20mm范圍內的鐵銹、污物進行打磨，用直磨機清理管子內壁的銹蝕及毛刺，直至露出光亮的金屬光澤。

（5）焊絲選用原則。焊絲選用的原則是在滿足焊縫機械性能的前提下，不產生焊接缺陷，并且具有良好的可操作性。H08Mn2SiA焊絲焊接后的抗拉強度值要比H08A高，而且H08A焊絲在打底層焊時易產生氣孔，焊縫成型差；而H08Mn2SiA焊絲中的合金元素Mn、Si都能減少焊縫金屬中的含氧量，從而減少氣孔的產生；Mn還可以提高焊縫的強度和韌性，改善焊縫金屬的性能；但是Si含量過多將會使焊縫金屬的塑性和韌性降低。因此，保持適當的Mn/Si比值，才能保證焊縫金屬的焊接性，一般認為Mn/Si＜2對焊縫韌性不利。綜上所述，H08Mn2SiA焊絲是焊接12Cr1MoV鋼的最佳材料。

（6）焊前預熱。預熱是珠光體耐熱鋼焊接的重要措施，可以減慢焊縫及熱影響區的冷卻速度，避免產生淬硬組織，有利于焊接區的氫的逸出，防止產生焊接裂紋。12Cr1MoV鋼中合金元素的含量較高，所以選擇預熱溫度為200～300℃。

3 定位焊

3.1 焊接參數（見表3）

表3

3.2 定位焊

（1）裝配間隙：2.5～3.2mm。

（2）鈍邊：1.0mm左右。

（3）定位焊：兩點定位，時鐘刻度10點和2點方向對稱點焊，焊縫長度約5～10mm,要求焊透，不得有氣孔、夾鎢、未焊透等缺陷。

（4）操作要點：定位焊采用與正式焊相同的焊接材料，定位焊縫兩端要修磨成斜坡，以利于焊接時接頭。定位焊時，如果發現定位焊縫上有裂紋、氣孔等缺陷，必須用角磨機將其磨掉重焊，絕不允許用重熔的方法進行補焊。

4 焊接過程

4.1 打底層焊

（1）操作要領。①焊接方向：分前后兩半圓逆向焊接，焊槍與工件、焊絲的相對位置如圖1所示。②引弧：前半圓焊接，在時鐘刻度的7點A處引弧；后半圓焊接，在時鐘刻度的5點處引弧（見圖1）。將鎢極對準坡口根部引燃電弧，并控制弧長為2～3mm,待坡口根部兩側鈍邊熔化形成熔池后，借助電弧吹力填充焊絲，使熔滴透過間隙并與兩側坡口良好熔合。③焊槍角度：打底層焊時，焊槍與管子、焊絲的夾角如圖1所示。④送絲手法：用左手拇指、食指或中指配合送絲動作，小指和無名指夾住焊絲控制方向，其焊絲則緊貼坡口內側鈍邊處，與鈍邊一起熔化進行焊接，控制弧長2～3mm，使焊絲端頭始終處于氬氣保護范圍內，邊熔化邊捻動送絲。焊絲始終處在弧罩內，隨焊槍擺動送絲，保證焊絲端頭呈圓形，控制坡口兩側熔透均勻。⑤焊接：管管水平固定位置焊時，管子分仰、立、平三種焊接位置，焊工的身體隨著焊接位置的變化而變化，才能使坡口兩側熔透均勻，保證背面焊縫的成形質量。仰焊時，為避免背面焊縫下凹，要采用內填絲法，并使2/3左右的電弧透過坡口背面；立焊時，為避免背面焊縫凸起過多，采用外填絲法，并使1/2左右的電弧透過坡口背面；平焊時，為避免背面焊縫過大的凸起，焊絲要與內壁的鈍邊平行，并使1/3左右的電弧透過坡口背面。打底層焊時，每半圈應盡量一次完成，若需停頓，應將原焊縫末端重新熔化與原焊縫重疊5～10mm。引弧部位在焊接方向前5～10mm左右，絕不允許在管壁上接觸引弧。⑥收弧：收弧時，向熔池連送兩滴填充金屬，噴嘴罩住熔池不動，待熔池完全冷卻變暗后再將焊槍移開。前半圓焊到平焊位置時，將弧坑填滿在B點收弧；后半圓焊接前，將B點處打磨成緩坡，以利于后半圓接頭，從時鐘刻度5點焊至12點處結束。

（2）填絲注意事項。①焊接時,如發現熔池有發泡現象，應立即停下，清除缺陷后再繼續焊接。②填絲時，焊絲應與工件表面成20°左右夾角,焊絲端部始終位于氬氣保護區內，填絲要均勻速度適中，過快焊縫填充量少，過慢焊縫下凹及填充量過大。對口間隙大于焊絲直徑時，焊絲應跟隨電弧同步橫向擺動，焊絲始終處于電弧前端的弧罩內，防止空氣侵入。③操作過程中，若鎢極與焊絲碰撞發生短路，則會造成焊縫夾鎢和鎢極污染。焊縫污染處，須用專用工具清理露出金屬光澤；被污染的鎢極，重新磨削后才可進行焊接。④焊接時要隨時掌握好焊槍角度。第二層焊接時，要注意防止將打底層焊道燒穿，形成焊道下凹或背面過度氧化。

（3）接頭。①多采用“頭與頭”相接方法進行水平固定位置管焊的接頭，即在熔孔中間或靠后些引弧形成熔池后，填充焊絲便可完成接頭。②接頭處要修成斜坡。重新引弧應在接頭處焊接反方向5～10mm處，起弧后可不填焊絲擺動到接頭處，焊絲要緊貼坡口與鈍邊，以利于同時被焊接電弧熔化，保持良好的焊縫成形。

（4）收弧。①收弧不當會使弧坑過深或產生弧坑裂紋，影響焊接質量。收弧時，稍拉長電弧，使其重疊焊縫2～10mm范圍熄弧，停頓2～3s后待熔池顏色變暗后收槍，以防焊縫金屬氧化。所有的接頭處均用專用工具修磨成緩坡，然后沿焊接方向的反向5～10mm處引弧，回焊至把原焊縫3～5mm全部熔化，再開始送絲。②收尾時在填滿弧坑后，停止填絲，采用反復滅弧法使焊接電流逐漸衰減，熔池體積不斷縮小冷卻。

4.2 蓋面焊

（1）操作要領。①焊接方向、焊槍角度、引弧方法與打底層焊時相同。②擺動手法：焊槍做月牙形或鋸齒形擺動，擺動幅度稍大，待坡口邊緣及打底焊道表面熔化，形成熔池后可填充焊絲。

（2）注意事項。①焊槍擺動坡口邊緣時，應稍作停頓，以保證熔合良好，防止咬邊。在仰焊位置填充金屬應少些，以免熔敷金屬下墜；在立焊部位，焊槍的擺動頻率應適當加快，以防止鐵水下滴；在平焊位置時，應稍多加填充金屬，以使焊縫飽滿，同時，應盡量使熄弧位置前靠，以得于后半圈收弧時接頭。②后半圈的焊接方法與前半圈相同，當蓋面焊縫封閉時應盡量向前施焊，并減少焊絲填充量，衰減電流熄弧。

5 焊后要求

（1）焊后進行消除應力熱處理。焊后應立即采用保溫材料將焊縫和近縫區覆蓋保溫, 使接頭緩慢冷卻，再將焊件整體加熱至720～760℃，恒溫1～2h后,隨爐冷卻至室溫。

（2）發現焊縫內部或外部有缺陷時，應重新修補焊接，補焊前仍然需要進行預熱，然后重新進行熱處理。

6 易出現缺陷的防止方法

6.1 裂紋的防止

（1）選擇合理的焊接參數，用較小的焊接電流和較快的焊接速度進行焊接，減少高溫停留時間，防晶粒粗大影響焊接性能。

（2）嚴格對管坡口內、外壁進行清理，選擇含有低硫磷低雜質元素的焊絲。

（3）選擇合理的坡口形式，控制焊縫金屬中焊絲與母材的熔合比。

（4）采用正確的收尾方法，減少收尾外產生弧坑裂紋的傾向。

（5）采用合理的焊前預熱和焊后應力熱處理。

6.2 氣孔的防止

（1）仔細清理管子內、外壁的鐵銹和污物。

（2）熟練焊接操作技術，采用合理的焊接參數、正確的送絲手法、短弧焊接，以及正確的焊槍角度，防止觸碰鎢極和熔池停留時間過長。

（3）采用脫氧元素含量高的焊絲，如H08Mn2SiA焊絲。

（4）焊接過程中，若熔池發泡、電弧呈藍色或黑色，須重新打磨焊縫再焊接。

（5）保證氬氣的純度達到99.99%以上。

6.3 未焊透

（1）選擇合適的焊接參數，掌握正確的操作技術。

（2）鈍邊盡量小，坡口角度稍大。

（3）控制好錯邊量和反變形量。

（4）鎢極尖端磨削為圓錐形，前端鎢極直徑最小約為其1/5左右,鎢極長度一般為其3～4倍，前端夾角應采用2O°為宜。

6.4 非金屬夾雜和夾鎢的防止

（1）仔細清理管子內、外壁坡口周圍的鐵銹、污物。

（2）保證氬氣的純度達到99.99%以上。

（3）選擇合適的焊接規范，采用正確的焊接工藝和操作手法。