管-管對接焊品質提升措施的研究

鐘桂強

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

焊接技術是一門重要的金屬加工技術，盡管焊接技術發展很快，自動化程度也越來越占據著重要的地位，尤其在管-管對接的液壓管路，單面焊雙面成型焊接技術的作用更顯突出。自從引進應用管-管對接自動脈沖鎢極氬弧焊技術后，管件焊接品質快速提高，對管-管對接單面焊雙面成型的焊接技術，提出了新的要求，焊縫表面應圓滑過渡至母材，表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷。

但在實際操作中，由于設備、材料、工藝及操作等原因，使得形成的焊縫達不到理想的品質效果，從而未完全發揮出該項技術的水平。

1 管—管對接焊的概念

管-管對接焊指單面焊雙面成型焊接，是采用普通焊條的脈沖氬弧焊技術，在不需要任何輔助措施的條件下，只是在坡口的大小根據不同的操作方法，留出不同的間隙，在坡口的正面進行焊接，就會在坡口的正、背兩面都能得到均勻整齊、成型良好、符合品質要求的焊縫，這種方法主要適用于管管對接、板材對接接頭，是液壓管路焊接工應熟練掌握的操作技能。

圖1 管-管對接焊技術

2 常見的焊接缺陷

2.1 尺寸上的缺陷

包括焊接件的尺寸誤差和焊縫形狀不佳等。焊縫外表高低不平和波紋粗劣，焊縫寬度不均勻，太寬或太窄，焊縫余高過高或過低等，都屬于焊縫尺寸及形狀不符合要求，這些缺陷不僅是焊縫成型不美，而且容易造成應力集中，影響焊縫與母材的結合強度。

2.2 結構上的缺陷

包括氣孔、夾渣、熔合不良、未焊透、咬邊、裂紋、表面缺陷等。這些缺陷是焊接過程中，最容易出現的缺陷，這些缺陷減弱了焊縫的有效面積，降低了焊接接頭的力學性能，而且亦容易造成應力集中，引起裂紋，導致結構破壞，是焊接結構無法承受正常工作載荷。

圖2 焊接缺陷

2.3 性質上的缺陷

包括力學性能和化學性質等，不滿足焊件使用要求的缺陷。力學性能，指的是抗拉強度、伸長率、硬度、塑性、疲勞強度、彎曲角度等；化學性質，指的是化學成分和耐腐蝕性等。這些缺陷使焊縫無法達到設計要求的力學性能和化學性能。

3 焊接缺陷的原因分析

3.1 焊接電源自身的因素

焊接電源，是焊接工藝執行過程中最重要的因素，若焊接電源自身性能不好，必然會產生不良的焊件，當焊機的引弧性能差，電弧燃燒不穩定，就不能保證工藝參數穩定，焊接過程就無法正常進行，焊接品質就得不到保證。

用交流電源焊接時，電源穩定性差；用直流電源焊接時，電弧穩定、柔順、飛濺少，但電弧偏吹較交流電源嚴重，低氫型焊條穩弧性差，通常必須采用直流弧焊電源。用小電流焊接薄壁鋼管時，也常用直流弧焊電源，因為引弧比較容易，電弧比較穩定。低氫型焊條用直流電源焊接時，一般用反接，因為反接電弧比正接穩定。

3.2 工藝因素對焊接品質的影響

（1）焊接電流。焊接電流選擇恰當與否，直接影響到焊接的最終品質。焊接電流過大，可以提高生產率，并使熔透深度增加，但容易出現咬邊、焊穿、增加焊件變形和金屬飛濺量，也會使焊接接頭的組織，由于過熱而發生變化，并增大氣孔傾向，尤其是在立焊操作時熔池難以控制，易出現焊瘤，弧長增加，就會產生咬邊；焊接電流過小，使電弧不穩，熔透深度減小，易出現未焊透、熔合不良、夾渣、脫節等缺陷。

焊接電流應根據管件厚度、接頭形式、焊接位置、焊接層數、焊條類型、焊條直徑和焊接經驗等因素綜合考慮，對于一定的直徑的焊條，有一個合適的焊接電流范圍，可參考表1。

表1 焊接電流與焊絲直徑的關系

（2）焊接速度。焊接速度是表征焊接生產效率的主要參數。合理選擇焊接速度，對保障焊接品質尤為重要。焊接速度應當均勻適當，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時還要使焊縫寬度和余高等符合設計要求。焊接速度快，熔池溫度不夠，易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷；焊接速度過慢，高溫時間變長，熱影響區寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，機械性能變低，焊件的變形量增大，同時焊接速度過慢，還會使每層的厚度增大，導致熔渣倒流，形成夾渣等缺陷。

（3）電弧電壓。焊接過程中合理的控制電弧長度，是保證焊縫品質穩定的重要因素。焊絲電弧焊電弧電壓，主要由電弧長度決定，電弧長度越大，電弧電壓越高，電弧長度越短，電弧電壓越小，電弧過長，對熔化金屬的表面壓力過大,不利于熔池的攪拌,使溶池中氣體及溶渣上浮受阻，從而引起氣孔、夾渣等缺陷的產生。

（4）焊接層數選擇。單面焊雙面成形焊接層數的選擇，對焊縫品質也有一定的影響，每層厚度過大，對焊縫金屬的塑性有不利的影響，且焊接過程中熔渣易倒流，產生夾渣和未熔合等缺陷，但每層厚度也不易過小，以免造成焊縫兩側熔合不良。

（5）焊條類型及焊條直徑的影響。焊縫金屬的性能，主要由焊條和焊件金屬互相熔化來決定。因此焊條類型選擇恰當與否，焊條直徑的大小除了對生產效率有一定的影響外，對焊接品質也有一定的影響。焊條直徑、焊接方式、施焊位置和焊接層數，對于重要的結構還要考慮焊接熱輸入的要求，如表2。

表2 焊件壁厚與焊絲直徑的關系

在鋼管內壁相同的情況下，平焊位置所選用的焊接直徑比其他位置大一些，立焊、橫焊和仰焊應選用較細的焊絲。

3.3 操作因素

焊前如果對工件上的油、銹、水分清理不嚴格，會導致后期焊接時焊縫產生大量的氣孔、砂眼及未焊透的品質缺陷。

在焊接過程中，焊工對焊接參數的選擇，如果未按照工藝要求進行操作，同樣會產生如圖2所示的缺陷類型，從而使焊接品質達不到要求。

4 提高單面焊雙面成型焊接品質的措施

4.1 設備選擇

焊接電流電壓，作為管件焊接品質重要的影響因素，其電源的穩定性，就顯得相當重要。因此在選擇焊接電源時，應選擇帶有對電壓波動的具有自身調節及穩定功能的設備，或者在電源前增加穩壓器，以便提高對電流電壓穩定性的控制。

4.2 焊接操作

（1）工藝參數選擇方向。

其一，焊絲電弧焊的工藝參數，通常包括焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電源種類和極性。工藝參數的選擇正確與否，直接影響焊縫形狀、尺寸、焊接品質和生產率，因此選擇合適的焊接工藝參數，是焊接生產中不可忽視的一個重要問題；

其二，焊接電流應根據管件厚度、焊接位置、焊絲類型、焊絲直徑和焊接經驗進行選擇，保證所選的電流，不易造成焊縫咬邊、燒穿、夾渣、未焊透等缺陷。焊接過程應盡量選擇使用短弧焊接，立焊比平焊更短些，以利于熔滴過度，防止熔化金屬下滴。焊速應合適，不應過慢，以避免高溫停留增長，影響焊縫的機械性，但焊速也不宜過快，以免造成未熔合、未焊透等缺陷。焊接速度直接影響生產率，所以應該在保證焊縫品質的基礎上，采用較大的焊絲和焊接電流，同時根據具體情況適當加快焊接速度，以提高生產率，對于管路液壓件，采用焊后緩冷的措施，避免冷裂紋的產生。

其三，焊接參數對熱影響區的大小和性能有很大影響，采用小的焊接參數，如降低焊接電流，增大焊接速度等，都可以減小熱影響區的尺寸，采用小的焊接速度參數，也可以防止過熱組織生成和精力細化。

（2）焊工技術水平。

其一，焊接生產中，焊工對單面焊雙面成型操作技術掌握的水平和技術經驗，往往決定了焊縫的品質，因此加強焊工的操作技能訓練及管-管對接單面焊雙面成型的焊接參數的掌握，是保證質量的關鍵。

其二，焊接時，焊槍、焊絲和工件之間，必須保持正確的相對位置，焊直縫時通常采用左向焊法。焊絲與工件間的角度不宜過大，否則會擾亂電弧和氣流的穩定。手工鎢極氬弧焊時，送絲可以采用斷續送進和連續送進兩種方法；要絕對防止焊絲與高溫的鎢極接觸，以免鎢極被污染、燒損，電弧穩定性被損壞。斷續送絲時，要防止焊絲端部移出氣體保護區而氧化。環縫自動鎢極氬弧焊時，焊槍應逆旋轉方向偏離工件中心線一定距離，以便于送絲和保證焊縫的良好成形。

（3）焊接參數設置。

其一，Ib 一般為Ip的10%～20%，tb為tp的1～3倍。Ib 與tb的相互匹配，應保證電弧不滅及熔池在tb期間得以凝固。

其二，RA、RW 值較大時，脈沖特點較顯著，有利于克服熱裂紋，但過大會增加咬邊傾向。焊接過程中通過調節RA、RW 和焊接速度，在一定程度上可控制熔透率，避免產生熱裂紋和咬邊。

其三，焊接速度和脈沖頻率要相互匹配，以滿足焊點間距的要求。它們之間的關系如下：式中，

l w=Vw／2.16 f

lw為焊點間距，mm；

Vw為焊接速度，cm/min；

f為脈沖頻率，Hz。

為了獲得連續致密的焊縫，要求焊點之間應有—定的相互重疊量（即lw 不能過大），如表3為Φ 34 mm×4 mm產品焊接參數相互關系。

表3 焊接工藝參數表

4.3 做好焊前準備

焊前應對焊機進行試焊，確認焊機的引弧性能和穩定性能好，工藝參數的調節方便、靈活方可使用。管件應進行倒角形成坡口，鈍邊尺寸一般選在1～1.5 mm之間，坡口邊緣20 mm內處用磨光機打磨，并將表面的鐵銹、油污等清除干凈，露出金屬光澤。

5 結束語

單面焊雙面成型焊接技術，在管-管對接電弧焊焊接領域，占有不可替代的作用，優質的單面焊雙面成型焊接品質，可以滿足設計要求，保證正常的產品壽命，而一旦出現嚴重的焊接缺陷，就會影響產品的使用壽命，甚至給安全帶來威脅，引起安全事故。

為了防止這類缺陷的產生，對單面焊雙面成型技術進行更深一步探索，通過對造成這些缺陷的因素分析，逐步改善和提高單面焊雙面成型的焊接品質。單面焊雙面成型的焊接品質，受設備、焊材工藝流程、操作水平的限制，通過對這些限制的深入研究，找出造成品質差的原因，提出相應的防止措施，解決了單面焊雙面成型技術的缺陷，將原來易焊穿、未焊透、焊瘤過大、成型不均勻、收弧不銜接及多氣孔等品質缺陷問題，得到了很好的控制，產品焊接品質一次交檢合格率，大幅度提升，相應的解決措施，對單面焊雙面成型的作業起到了指導作用。

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