中厚板粗絲雙絲雙弧埋弧焊船型角焊工藝研究

楊政 鄭建明

目前角縫焊接，立板厚度12mm以上的全熔透角焊縫，大都采用開坡口焊。《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB20661—2011）規(guī)定：立板厚度＞14mm，采用單邊坡口；立板厚度＞25mm，采用雙邊坡口。有些廠家，對于角接全熔透焊縫，一般采用半自動火焰切割坡口， CO2氣體保護(hù)焊焊接打底焊、填充焊，背面碳弧氣刨清根、焊接，填充后再埋弧焊蓋面，此焊接方法效率低，UT檢測合格率不穩(wěn)定。尤其當(dāng)立板厚度在25mm以上時，焊接工作量大，成為焊接生產(chǎn)的的瓶頸，同時焊接成本較高，現(xiàn)場噪聲和粉塵大，施工環(huán)境差。為了提高焊接效率和焊接質(zhì)量，縮短生產(chǎn)工期，降低生產(chǎn)成本，改善施工環(huán)境，我們進(jìn)行了粗絲雙絲雙弧埋弧焊厚板角焊研究。

1. 雙絲埋弧焊工藝特點(diǎn)

雙絲焊采用前絲直流、后絲交流的焊接方式，前絲直流電弧具有較大的穿透力，起到增大熔深的作用，后絲起到增大焊道寬度和美觀焊縫成形的作用；直流正接電弧可以加大熔深，使用φ5~φ6mm的焊絲，強(qiáng)大的焊接電流也具有大熔深作用。

2. 焊接設(shè)備和材料

試驗(yàn)采用林肯1500型雙絲雙電源焊機(jī)，為適應(yīng)大多數(shù)工程的要求，試驗(yàn)?zāi)覆暮秃附z選擇在建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中使用的常規(guī)牌號Q345C，板厚25mm、35mm，埋弧焊絲H10Mn2，前絲規(guī)格φ6.0mm（經(jīng)試驗(yàn)電流可調(diào)節(jié)到1 400A）、后絲規(guī)格φ5.0mm。考慮到大電流焊接時SJ301G焊劑脫渣性能和焊縫成形優(yōu)于SJ101，因此綜合考慮決定選用SJ301G焊劑。

3.坡口形式及焊接參數(shù)

坡口形式對于焊縫根部質(zhì)量至關(guān)重要，考慮到焊縫質(zhì)量，焊接效率和成本，我們的目的就是不開坡口，形成無坡口的角焊縫。焊接參數(shù)如表1所示。

4. 焊絲與立板的角度

焊絲對準(zhǔn)角部位置將影響熔深位置（即有效熔深），為測試船型焊接角度對熔深影響情況，我們進(jìn)行了角度試驗(yàn)。（1）立板角度為35°角焊

縫熔深焊接試驗(yàn) H型鋼焊接位置為船型位置，焊絲與構(gòu)件角縫立板成35°夾角（見圖1），前絲偏離角縫底板邊緣5mm左右（如果離角縫底板距離過多并降低熔深，表面容易出現(xiàn)缺陷），焊后經(jīng)過宏觀檢測，熔池偏離角縫立板，熔池最深處在角縫底板上。試驗(yàn)結(jié)果顯示，有效熔深平均約為21mm。

表1 焊接參數(shù)

（2）立板角度為25°角焊縫熔深焊接試驗(yàn) 為了保證焊縫有效熔深，把角度調(diào)整到25°。在焊接試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)把H型構(gòu)件調(diào)整成25°角焊接時，定位輪會壓到焊劑，對焊縫成形有很大影響。經(jīng)過幾次試驗(yàn)比較，最后決定把定位輪長度加長15mm，改裝后長度為100mm，最終解決了這個問題。

在構(gòu)件翼緣板下面加墊塊，使試件成25°（見圖2），前焊絲偏離角縫立板與角縫底板交接點(diǎn)約8mm（往角縫立板方向偏離，使電弧中心能穿透到角縫立板中間），后絲偏離角縫立板與角縫底板交接點(diǎn)約4mm。通過試驗(yàn)結(jié)果顯示，熔深有效平均值約為28.5mm，比35°時熔深增加7mm，提高了33%。

5. 檢測結(jié)果

試板為十字形接頭，按上述焊接參數(shù)進(jìn)行焊接，表面成形良好，經(jīng)UT檢測合格，符合一級焊縫標(biāo)準(zhǔn)，按《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB20661—2011）規(guī)定工藝評定方法和要求，拉伸、低倍組織、沖擊檢測的結(jié)果均合格（見表2）。

6. 成本數(shù)據(jù)對比分析

圖1 35°角焊接示意

圖2 25°角焊接示意

我們按工藝要求的坡口角度，預(yù)估算新工藝不開坡口與開坡口焊接成本，新工藝不開坡口成本降低1/3~1/2（見表3），每米焊縫可降低成本50~100元。

7. 結(jié)語

對于角縫立板厚度22~30mm角接全熔透焊縫可以不用開坡口，GMAW焊接方法打底，不用氣刨清根，直接使用雙電雙絲埋弧焊，焊絲直徑前絲（DC）φ6.0mm焊絲、后絲（AC）選用φ5.0mm焊絲，成25°~35°傾斜，前焊絲偏離角縫立板與角縫底板交接點(diǎn)5~8mm，可以保證全熔透，焊接力學(xué)性能合格。當(dāng)立板厚度超過30mm以后，建議采用25°度小角度。這種新焊接工藝方法效率高，成本低，節(jié)約能源。

表2 檢測結(jié)果

表3 開坡口和不開坡口焊接成本預(yù)估對比