氣電立焊焊接工藝要素及施工注意事項(xiàng)

何國(guó)中，鄧志強(qiáng)，胡順克

(上海華潤(rùn)大東船務(wù)工程有限公司，上海 202155 )

氣電立焊焊接工藝要素及施工注意事項(xiàng)

何國(guó)中，鄧志強(qiáng)，胡順克

(上海華潤(rùn)大東船務(wù)工程有限公司，上海 202155 )

文章在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，介紹了氣電立焊設(shè)備、焊接材料及各項(xiàng)焊接參數(shù)和焊接過(guò)程中的注意事項(xiàng)，并比較分析板厚δ=30 mm 的高強(qiáng)度鋼DH36及板厚δ=25 mm 的高強(qiáng)度鋼EH36兩種規(guī)格板材的焊接工藝，闡述氣電立焊焊接工藝在實(shí)際生產(chǎn)中的實(shí)用性。

高強(qiáng)度鋼DH36，EH36；氣電立焊；焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)；力學(xué)性能試驗(yàn)

氣電立焊是目前修、造船廠大型拼板立焊對(duì)接中不可缺少的高效焊接工藝方法之一。其應(yīng)用于中、厚板的立焊對(duì)接全熔透焊接且一次成形，出于熔透的角度考慮，坡口以及反面間隙大小都有嚴(yán)格要求，大量的金屬熔化必定伴隨著大量焊接線能量，其線能量遠(yuǎn)超普通的埋弧自動(dòng)焊和CO2氣體保護(hù)焊，故而控制氣電立焊焊縫及其熱影響區(qū)的低溫沖擊韌性是保證其焊縫質(zhì)量的一個(gè)重要要素。從實(shí)際情況來(lái)看，焊縫中心及熱影響區(qū)波動(dòng)很大，常常出現(xiàn)低值，并且焊縫中心沖擊值普遍較低。

1 焊接設(shè)備及焊接相關(guān)材料要素

與普通的CO2氣體保護(hù)焊相比較，除焊接電源(500型)、送絲機(jī)構(gòu)及氣體流量計(jì)之外，氣電立焊的焊接設(shè)備還有焊接小車(焊接移動(dòng)及其控制裝置)、水冷卻系統(tǒng)(水箱及導(dǎo)管)、導(dǎo)軌、銅滑塊。焊接時(shí)導(dǎo)軌固定在焊縫一側(cè)，焊接小車通過(guò)齒輪固定并在導(dǎo)軌上向上行走，焊槍與銅滑塊固定在焊接小車上同步移動(dòng)，水冷卻導(dǎo)管通過(guò)銅滑塊進(jìn)行冷卻，最后在焊接時(shí)通過(guò)反面的陶瓷襯墊及正面的銅滑塊將坡口內(nèi)熔化金屬?gòu)?qiáng)制成形。

焊接材料使用直徑1.6 mm藥芯焊絲(SC-EG2 Cored)，背面襯墊采用陶瓷磚式帶有弧型凹槽的襯墊(TC-F2)，板厚大于14 mm的一般采用凹槽寬16 mm的襯墊，板厚小于等于14 mm的一般采用凹槽寬8～12 mm的襯墊。焊接時(shí)采用CO2氣體(純度>99.5%)進(jìn)行保護(hù)。

2 焊接過(guò)程中注意事項(xiàng)和各項(xiàng)焊接參數(shù)

2.1 焊前檢查

1)焊接前對(duì)各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行檢查，確保焊機(jī)運(yùn)行正常并檢查水箱儲(chǔ)水量，焊工勞動(dòng)防護(hù)用品必須穿戴整齊。

2)焊接時(shí)工作環(huán)境溫度不得低于-5 ℃，風(fēng)速小于3 m/s，焊前注意氣候變化，下雨時(shí)嚴(yán)禁施工，且不準(zhǔn)貼襯墊。

3)檢查電氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氣體供給量、焊絲等是否正常并符合焊接時(shí)使用要求。

2.2 焊前準(zhǔn)備

1)坡口設(shè)計(jì)：坡口為V型坡口，坡口角度及其間隙應(yīng)與板厚相對(duì)應(yīng)，具體對(duì)照見(jiàn)表1。

表1 氣電立焊坡口角度及其間隙與板厚對(duì)照表

2)板材裝配時(shí)，應(yīng)在坡口的反面采用馬板進(jìn)行固定，每間隔350 mm設(shè)置一塊馬板。裝配時(shí)將焊縫兩側(cè)正反面的增強(qiáng)量磨平(每側(cè)寬度約25～30 mm)，以保證襯墊和銅滑塊與鋼板表面緊貼。并且當(dāng)坡口邊緣局部不平整度超過(guò)1 mm時(shí)，必須經(jīng)過(guò)火工校正。如遇到板材厚度不一的情況，應(yīng)在板材較厚一側(cè)按船級(jí)社相關(guān)要求開(kāi)過(guò)渡坡口，使銅滑塊能順利過(guò)渡。

3)將送絲機(jī)和焊絲安裝在焊接小車上，CO2送絲機(jī)及導(dǎo)管需理順以保證其在焊接過(guò)程中送絲穩(wěn)定，且注意送絲導(dǎo)管不能從焊接小車上方繞過(guò)，否則在焊接過(guò)程中就會(huì)發(fā)生由于導(dǎo)管的羈絆而導(dǎo)致焊接小車無(wú)法向上行走，從而導(dǎo)致焊接強(qiáng)行中止。

4)檢查并安裝水冷成形銅滑塊至焊縫中心，銅滑塊必須與坡口兩側(cè)板材緊密貼合，銅滑塊尺寸視板厚而定。具體滑塊尺寸如表2所示。

表2 銅滑塊尺寸與板厚對(duì)照表 mm

5)如需焊絲擺動(dòng)，預(yù)先將擺幅與兩端停留時(shí)間調(diào)整好。

2.3 焊接操作

1)將焊接小車與焊接電源、CO2氣管、水冷卻管等連接完畢，并調(diào)節(jié)焊接小車位置使焊絲端部對(duì)準(zhǔn)起弧位置。

2)調(diào)節(jié)好各項(xiàng)焊接參數(shù)，包括電流、電壓、擺動(dòng)幅度(若需要擺動(dòng))及焊絲前后停頓時(shí)間。然后按起弧按鈕，起弧后再按擺動(dòng)按鈕。

3)焊接參數(shù)調(diào)整。

(1)焊接電流和電壓。根據(jù)具體板厚，焊接電流一般為340～400 A，電壓一般為34～40 V。焊接過(guò)程中焊工觀察熔池，若發(fā)現(xiàn)根部或坡口兩邊出現(xiàn)熔合不良的狀況，則需加大電流；反之，若出現(xiàn)電弧不穩(wěn)定，則需減小電流。焊接過(guò)程中電壓過(guò)大會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)咬邊，電壓過(guò)小會(huì)導(dǎo)致焊接時(shí)電弧不穩(wěn)定。具體焊接參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 電流、電壓參數(shù)

(2)焊絲擺動(dòng)及停留時(shí)間。一般情況下，14 mm以下板材采用氣電立焊進(jìn)行焊接時(shí)，焊絲不需擺動(dòng)；板厚為14～20 mm板材焊接時(shí)，可選擇性采用擺動(dòng)焊絲；當(dāng)板材厚度超過(guò)20 mm時(shí)，則焊絲必須進(jìn)行擺動(dòng)，焊工可在焊接時(shí)通過(guò)觀察電弧位置和熔化金屬熔合狀況調(diào)整焊絲擺動(dòng)幅度及停頓時(shí)間。擺動(dòng)可使焊縫金屬成分更加均勻、致密，且有利于擺動(dòng)兩端熔化金屬與母材充分熔合，既改善焊縫性能，又有效避免焊縫出現(xiàn)未熔合、未焊透、咬邊等缺陷。

(3)焊絲伸出長(zhǎng)度。若伸出長(zhǎng)度太長(zhǎng)，會(huì)造成電弧不穩(wěn)定，飛濺過(guò)大，且容易因熔化金屬與銅滑塊接觸面積不夠而導(dǎo)致冷卻效果不佳，從而導(dǎo)致燒穿、氣體保護(hù)效果不佳或焊縫金屬晶粒粗大(降低焊縫韌性)；若伸出長(zhǎng)度太短，易使飛濺物堵住導(dǎo)電嘴，有時(shí)飛濺物熔化到熔池中而造成成型較差。一般情況下，焊絲伸出長(zhǎng)度宜控制在25～35 mm。

4)焊工在焊接過(guò)程中，需全程注意觀察熔池形態(tài)，根據(jù)其與坡口兩側(cè)及正反面的熔合情況隨時(shí)調(diào)整焊接參數(shù)，并保證焊絲(電弧)與銅滑塊中心線、坡口中心線始終對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)將熔池液面與銅滑塊氣體出口之間的距離控制在5～10 mm。在焊接時(shí)焊工需注意及時(shí)清理銅滑塊保護(hù)氣體盒及熔池表面的飛濺物、多余的熔渣等雜質(zhì)。

5)焊接完成后，按下停止按鈕使其熄弧并停止擺動(dòng)，待焊縫內(nèi)熔化金屬凝固并成型后方可取下銅滑塊和焊接小車，并將銅滑塊和導(dǎo)電嘴清理干凈。

6)焊接結(jié)束后斷開(kāi)所有電源開(kāi)關(guān)，并將水管、電纜、氣管等進(jìn)行分離整理。

3 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)實(shí)例及分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求并結(jié)合氣電立焊自身線能量大的特點(diǎn)，特選擇現(xiàn)場(chǎng)施工(筒體拼板立焊對(duì)接)。選用DH36板材(厚度30 mm)以及材質(zhì)覆蓋范圍較大的EH36高強(qiáng)度板材(厚度25 mm)，考慮線能量過(guò)大對(duì)EH36沖擊性能的影響，故而板厚相對(duì)DH36稍薄。具體焊接工藝試驗(yàn)參數(shù)如表4所示。

焊接48 h之后，經(jīng)無(wú)損表面著色探傷、X光射線探傷無(wú)明顯缺陷，焊縫探傷結(jié)果合格。之后取樣進(jìn)行物理試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明DH36、EH36氣電立焊焊縫相關(guān)力學(xué)性能均滿足船級(jí)社要求，其力學(xué)性能試驗(yàn)如彎曲、拉伸、沖擊、硬度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)以上船用高強(qiáng)鋼DH36(厚度30 mm)、EH36(厚度25 mm)的焊接、探傷及物理試驗(yàn)結(jié)果表明，氣電立焊適用于EH36以下等級(jí)的各類船用鋼板的焊接施工，其焊接質(zhì)量如力學(xué)性能及焊縫成型尺寸等指標(biāo)均能滿足各船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)要求。

2)由于是一道成型，所以氣電立焊具有高線能量的特點(diǎn)，其直接影響到焊縫中心及其熱影響區(qū)的沖擊韌性，所以必須要根據(jù)不同板厚來(lái)嚴(yán)格控制板材的坡口角度及坡口間隙，從而有效控制線能量；同時(shí)在焊接過(guò)程中，焊工需通過(guò)焊絲伸出長(zhǎng)度控制熔化金屬與銅滑塊(冷卻及成型控制)的接觸面積來(lái)合理控制熔化金屬冷卻及凝固速度，從而改善焊縫性能。

3)反面陶瓷襯墊及銅滑塊的尺寸需根據(jù)實(shí)際坡口的反面間隙及坡口正面寬度來(lái)進(jìn)行選定。

4)焊接過(guò)程中需注意不能有任何電纜或?qū)Ч軓暮附有≤嚿戏嚼@過(guò)，否則會(huì)出現(xiàn)因電纜或?qū)Ч艿牧b絆而使焊接小車無(wú)法向上移動(dòng)而造成焊接停止，從而在焊接停止端產(chǎn)生焊瘤、夾渣、氣孔等多種缺陷。

5)經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用之后，在保證焊接質(zhì)量的前提之下，算上焊前準(zhǔn)備及焊后收尾時(shí)間，其焊接效率相比較CO2半自動(dòng)焊接提高了6～7倍，建議推廣使用。

Based on practice,main factors are summarized including equipments,welding materials,welding parameters and various requirements for the Electro-Gas Welding.Welding procedure qualification of DH36(δ=30 mm)and EH36(δ=25 mm)are compared and analyzed,which elaborates its practicability in production.

high-strength steel DH36，EH36;Electro-Gas Welding；welding procedure qualification test;mechanical test

表4 氣電立焊焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)參數(shù)

表5 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

何國(guó)中(1968-)，男，上海人，工程師，大學(xué)本科，主要從事船舶生產(chǎn)、質(zhì)量、技術(shù)管理工作。

TG44

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.008

2016-04-28