拉弧式螺柱焊接技術的應用與效益分析

苗青　林發森　朱科亮

摘? 要：現如今，我國工程技術行業不斷發展的同時，螺柱焊接技術的不斷成熟，不但在船舶行業，汽車工業及建筑業有應用，在電力與電器行業也有廣泛應用。具體針對電力建設行業，其主要適用于保溫螺柱安裝焊接、鋼結構螺柱/螺栓安裝焊接可免開孔穿裝，建筑裝修固定螺栓安裝焊接（固定、懸掛）。該文主要分析拉弧式螺柱焊接技術的應用與效益。

關鍵詞：可靠? 拉弧式螺柱焊接? 受限? 重點

中圖分類號：TG453 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0100-02

1? 拉弧式螺柱焊接技術特點介紹

（1）螺柱焊接為半自動焊接技術，根據設備設定的參數，自動完成螺柱焊接，適合受限空間作業。燃機罩殼內空間狹小、且存在多方交叉作業的情況，如果保溫螺桿焊接施工時間持續較長，將對其他施工造成一定的影響，而螺柱焊接方法效率較高，對于施工工期有較大的改善，能夠更好地減少交叉作業沖突時間，為整個施工進展創造更好的條件。

（2）螺柱焊接完成的螺柱焊縫質量良好，焊接接頭可以達到很高的強度（螺柱焊接的接頭強度不低于螺柱本身的強度），且基本能夠一次成形，能夠良好地滿足燃機罩殼保溫對螺柱焊縫質量的要求。螺桿焊接過程中使用焊槍對螺柱的垂直度進行調整，可較好地確保螺桿安裝的垂直度，而不像傳統手工氬弧焊方法還需要一人進行安裝固定螺桿，且常常出現垂直度產生偏差的情況。

（3）螺柱焊接的焊接過程是短時間、大電流，焊接熔深較小，能夠焊接到很薄的板材上，可以有效地避免焊接過程中損傷燃機排氣段設備母材。

（4）螺柱焊接方法操作簡單成本低，僅需一名焊接操作工就能完成施工（傳統手工氬弧焊方法則需要另一個人員配合安裝就位保溫螺桿），且相對于氬弧焊焊工培訓周期長、培訓成本高、培訓難度大，螺柱焊接操作工只需進行較短時間培訓即可勝任工作，因此，螺柱焊接培訓成本、人工成本更低。螺柱焊接方法相對于傳統手工氬弧焊方法可免除氬氣、氬氣表、填充焊絲等材料，從而節省材料成本。

2? 拉弧式螺柱焊接技術控制的重點

螺柱焊接的技術控制主要分為兩部分：一為試驗螺柱焊接主要相關參數的設定和調整，也用于完成焊接工藝評定記錄（PQR）和焊工技能評定（WPQ）;二為現場通過試驗進行螺柱焊接質量驗證，相應的參數設定和調整均達到最佳數值。彎曲試驗用于測試螺柱焊接的焊縫質量。分別對1S（平焊）、2S（橫焊）、4S（仰焊）這3個不同方向完成的試驗螺柱焊接接頭進行彎曲試驗，試驗螺柱焊接接頭質量符合要求。

拉弧式螺柱焊接技術主要控制的要素：時間控制、線能量選擇、保護措施、螺柱操作。上述4個要素參數確定，需要在焊接前根據螺柱直徑和母材厚度、材質進行匹配。不同制造商的焊接工藝參數也有所差別，因此正式焊接開始前要多次試焊，綜合評定焊縫外觀檢查、無損檢測、力學性能等，調節出符合要求的螺柱焊接工藝參數。

（1）把控焊接時間。焊接熱輸入量直接受控于電流持續供給時間，同時也包括對焊接預引弧時間的把控，其對焊接熔合及熔深影響較大，一般電源的引弧電流固定而通過引弧時間控制焊接熔深。根據周期長短進行控制，短則40～100ms，長則范圍要寬些。焊接時間控制也可以用公式（1）（2）進行估算，有利對焊接時間的測算。

TW=（2～4）d，d≤12mm? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

TW=（4～5）d，d>12mm? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

焊接線能量選擇（IMAX）：焊接電流控制要結合根據螺柱的直徑確定，電流作為焊接線能量控制的核心，一般在300～3000A內連續可調。

（2）保護措施。氣體保護、無外加保護和陶瓷套圈保護措施均可應用與拉弧式螺柱焊接的保護。氣體保護措施使用的氣體主要有CO2、Ar;無外加保護多用于螺柱直徑≤6mm的拉弧式螺柱焊接;陶瓷套圈的形式則根據螺柱焊腳的外觀成型要求選擇。

（3）螺柱操作。包括螺柱的伸出長度和提升高度的操作。螺柱的伸出長度決定螺柱熔化長度，一般控制在直徑的1.5～6.5mm與螺柱直徑成正比，提升高度與螺柱直徑也成正比，約1.5～7.5mm。提升高度的合理操作能有效防止熔滴過渡時短路引起的電弧不穩避免焊接質量不佳。

焊接工藝參數確定后對焊接接頭工藝進行評定，符合要求后方可程序化一類焊接工藝參數。接頭質量分析如下。

（1）優良焊接接頭。焊縫均勻飽滿地分布在螺柱基部周圍，焊腳有光滑的表面和光滑的鋸齒邊緣（陶瓷套圈端面有鋸齒）。

（2）過熱焊接接頭。較低、凹面的焊腳，但焊縫表面光滑。主要原因可能為焊接熱輸入量過大，即電流過大、焊接時間過長。解決方法：減少時間，減小電流，或兩者兼有。

（3）欠溫焊接接頭。焊縫完成，但過渡不圓滑，且有灰色、顆粒表面。主要原因可能為熱輸入量較小或焊接時間不足，即焊接電流較小、焊接時間過短。解決方法：增加時間，增大電流，或兩者兼有。

3? 拉弧式螺柱焊接技術與手工氬弧焊焊接工藝的效益分析

以往項目基本采用手工氬弧焊焊接的方式進行保溫螺桿的焊接，但普遍存在以下幾個問題。

（1）由于保溫螺桿直徑較小，存在較大的焊接難度，再加上焊前還需要另一個人對每個保溫螺桿進行安裝就位，因此手工氬弧焊焊接效率較低。

（2）由于焊接時需要安裝人員與焊工進行配合，容易產生安裝焊接后保溫螺桿不垂直的情況，加之保溫螺桿直徑較小，焊接質量控制也存在一定的難度，容易產生熔合不良的質量缺陷。

（3）手工氬弧焊焊接時，至少同時需要2名施工人員參與施工，人工成本較高。

從以上分析來看，拉弧式螺柱焊接方法除了設備成本偏高外，其他成本均比手工氬弧焊焊接方法低很多，且隨著焊接工作量的增加，工期的差距將會越來越大，成本差異將越發明顯，績效效益較好。

4? 結語

拉弧式螺柱焊的優點：節省時間和材料成本，焊縫質量高，能夠進行全位置焊接，焊后少變形，螺柱焊接的焊接過程是短時間、大電流，焊接熔深較小，能夠焊接到很薄的板材上，可以有效地避免損傷工件母材，拉弧式螺柱焊人工成本更低，適合受限空間作業，節省工期;由此可見使用螺柱焊接方法代替傳統手工氬弧焊焊接方法在保溫螺桿焊接施工方面有很大的優勢。

參考文獻

[1] AWSD1.1-2010，鋼結構焊接規范，試驗螺柱焊接[S].美國國家標準學會，2010.

[2] GB 15579.1-2013，弧焊設備，第1部分：焊接電源[S].中國國家標準化管理委員會，1995.

[3] 張義.螺柱焊焊接技術及其應用[M].北京：機械工業出版社，2009.