碳鋼板埋弧焊表面氣孔問題的分析及對策

姜明全 王樹偉 張南南

摘 要：針對埋弧焊焊接起重機主梁腹板與蓋板角接焊縫時產(chǎn)生氣孔影響產(chǎn)品質(zhì)量和工期的問題，從冶金、工藝因素分析與試驗，結(jié)果表面，待焊區(qū)域表面鐵銹、水分以及油污對焊縫表面氣孔問題影響較大，其次是焊接參數(shù)和保護氛圍的影響，根據(jù)試驗結(jié)果調(diào)整焊接工藝后，焊縫內(nèi)部及表面均沒有發(fā)現(xiàn)氣孔，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：埋弧焊 表面氣孔

1.前言

埋弧焊是目前廣泛使用的一種機械化焊接方法，與手工電弧焊相比，具有以下優(yōu)點：（1）生產(chǎn)效率高。焊絲導(dǎo)電長度短，可以采用大電流和電流密度，使電弧的熔深能力和焊絲熔敷效率大大提高。（2）焊縫質(zhì)量高。熔渣能有效隔絕外界空氣，保護效果好，飛濺少，焊接過程平穩(wěn)。（3）勞動條件好。埋弧焊為自動焊方法，減輕了手工操作的勞動強度，且沒有弧光輻射。

我公司在生產(chǎn)起重機主梁的過程中，也大量使用了埋弧焊，但在操作和工藝不當(dāng)?shù)那闆r下，焊縫表面容易出現(xiàn)氣孔。氣孔不僅會削弱焊縫的有效工作界面，帶來應(yīng)力集中，而且也會顯著降低焊縫的強度和塑性。焊縫有氣孔時，通常要用碳弧氣刨清根后進行補焊，這樣即影響工作進度，又增加了材料和工時的消耗。因此，研究埋弧焊焊縫表面氣孔問題是很有必要的。

2.氣孔成因分析

起重機主梁腹板厚度8mm，蓋板厚度14mm，材質(zhì)Q235B，焊絲H10Mn2，直徑φ4mm，焊劑HJ404（牌號SJ101）。焊接時，采用單邊V型坡口，先用CO2氣體保護焊封底再用埋弧焊焊接，電流540A，電壓25.5V，速度48cm/min。主梁平躺在墊架上，焊絲與水平面成45°角（如圖2-1所示）。

通過對施焊過程跟蹤和焊接參數(shù)的分析，可能出現(xiàn)氣孔的原因主要有冶金因素和

工藝因素。

2.1鐵銹、水分、油污的影響

在焊接生產(chǎn)中，因準(zhǔn)備工作處理不當(dāng)，將鐵銹、水分、油污等帶入熔池，促使在焊縫中產(chǎn)生氣孔。

鐵銹主要成分為mFe2O3·nH2O，焊接時會析出大量的氧，增加氧化作用，促使生成CO2氣孔。

實際生產(chǎn)中，焊劑存放在焊機上方的漏斗中，反復(fù)使用，時間長了焊劑會從空氣中重新吸收水分，增加焊縫出現(xiàn)氫氣孔概率。

另外，焊件表面存在油污，一般為碳?xì)浠衔?，同樣會促使焊縫形成氫氣孔（如圖2-2所示是未經(jīng)打磨過的焊縫）。

2.2焊接參數(shù)的影響

焊接熱輸入量小，熔池存在時間短，氣體來不及逸出，氣孔產(chǎn)生概率大。反之有利于氣體逸出，氣孔產(chǎn)生概率小。但實際生產(chǎn)中，加大電流會增加焊縫表面積，熔池氣體含量上升；同時隨著電流的增大，熔深和焊縫余高顯著增加，而焊縫寬度變化不大，氣體上浮困難，增加氣孔產(chǎn)生的幾率。

因此，要想提高焊接效率，應(yīng)在增加焊接電流的同時，適當(dāng)增加焊接電壓，以保證得到合適的焊縫形狀和質(zhì)量（如圖2-3所示是焊接速度較大時的焊縫）。

2.3保護氣氛的影響

焊接區(qū)內(nèi)的氣體主要來源于焊劑中的造氣劑、高價氧化物和水分、周圍空氣等。

造氣劑主要目的是隔絕焊縫與空氣。焊劑的顆粒大，透氣性好，焊縫金屬中含氮量較多，形成氣孔的幾率也較大，但焊劑的顆粒太小，熔渣的透氣性降低，氣體外逸阻力增大，促使焊縫表面容易產(chǎn)生氣孔（如圖2-4所示是焊劑顆粒較小時的焊縫）。另外，焊劑中水分較多時也會增加氣孔產(chǎn)生概率。

3.試驗分析

3.1鐵銹、水分、油污對焊縫影響的試驗

采用打磨過的試件和未經(jīng)打磨的試件進行試驗。試件厚度14mm和8mm，用CO2氣體保護焊打底，焊接參數(shù)：焊絲直徑4mm，電壓26V，電流510A，速度40cm/min。經(jīng)過多次試驗，試驗結(jié)果見表3-1所示。

試驗表明：鐵銹、水分、油污等對焊縫氣孔的影響很大，焊接前應(yīng)做好焊縫周圍雜物的清除工作。

3.2焊接參數(shù)對焊縫影響的試驗

采用不同焊接參數(shù)進行試驗，具體數(shù)據(jù)如表3-2所示，經(jīng)多次試驗，試驗結(jié)果見表3-3所示。

試驗表明：焊接參數(shù)對焊縫表面氣孔有一定影響，焊接速度不宜過快，電流和電壓應(yīng)適當(dāng)提高，有利于焊縫中氣體逸出，減少氣孔的形成率。

3.3保護氣氛對焊縫影響的試驗

采用不同顆粒大小的焊劑進行試驗，試驗結(jié)果見表3-4所示。

表中A、B均為牌號SJ101焊劑，其中A經(jīng)過多次使用，含有少量雜質(zhì)和水分，顆粒較??；B為顆粒較大的新烘干焊劑。

試驗表明：保護氣氛對焊縫表面氣孔的影響較小，但焊劑多次使用后應(yīng)進行處理。

4.結(jié)論

通過多次試驗總結(jié)經(jīng)驗，對焊接工藝進行了調(diào)整。（1）焊接前對待焊區(qū)域20mm范圍內(nèi)進行仔細(xì)打磨，直至露出金屬光澤。（2）適當(dāng)增加焊接電流和電壓，減小焊接速度。（3）嚴(yán)格控制焊劑使用次數(shù)，當(dāng)天未用完的焊劑必須重新烘干處理。

按新工藝要求執(zhí)行后，焊縫經(jīng)磁粉檢驗和超聲波檢驗，均未發(fā)現(xiàn)氣孔，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊縫返修率大大降低，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和工期，取得了良好效果。

參考文獻

[1] 侯英瑋.材料成型工藝[M].北京：中國鐵道出版社，2002.

[2] 周振豐，等.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京：機械工業(yè)出版社，1988.

（作者單位：大連華銳重工集團股份有限公司）