單面焊雙面成型的焊接質(zhì)量研究

武守輝* 李春生

（1.黃河交通學(xué)院 2.武陟縣鑫炫熱源安裝有限公司）

0 前言

單面焊雙面成型技術(shù)是指從焊件坡口的正面進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)正面和背面焊道同時(shí)形成致密均勻焊縫的操作工藝方法[1]。在焊接過程中，只需要在坡口根部進(jìn)行組裝定位時(shí)，按照焊接時(shí)的不同操作手法留出不同的間隙，從而對(duì)坡口的正面進(jìn)行焊接，就能在坡口的正、背兩面得到均勻整齊、成型良好、符合質(zhì)量要求的焊縫[2]，該技術(shù)方法可以極大地提高焊接的效率。而且憑借焊接接頭強(qiáng)度高、質(zhì)量好、安全可靠等特點(diǎn)，單面焊雙面成型技術(shù)被廣泛應(yīng)用在管道、壓力容器、船舶等領(lǐng)域。

1 單面焊雙面成型的方法

1.1 單面焊雙面成型焊接方法

手工鎢極氬弧焊是一種非熔化極氣體保護(hù)焊的方法，又稱為TIG 焊。這種技術(shù)是通過焊件與鎢極之間產(chǎn)生的高溫電弧來熔化母材和填充焊絲從而對(duì)焊件進(jìn)行焊接。在焊接的過程中，電極、鎢極熔池鄰近區(qū)域以及填充焊絲的端部均處在氬氣保護(hù)中，從而形成符合工藝要求的焊接接頭[3]。

焊條電弧焊是手工操作焊條進(jìn)行焊接的方法。該方法是通過焊件與焊條之間產(chǎn)生穩(wěn)定燃燒的電弧，將焊條和焊件之間熔化而得到連接致密的焊接接頭。在焊接過程中，由于電弧將焊條上的藥皮不斷融化、分解并生成氣體，進(jìn)而使焊條端部、熔池及附近區(qū)域內(nèi)的熔化金屬被有效地保護(hù)起來，避免被融化的金屬與大氣反應(yīng)而產(chǎn)生有害污染。焊條芯也在電弧熱的作用下不斷融化，進(jìn)入熔池，成為焊縫的填充金屬[4]。

1.2 單面焊雙面成型常見缺陷

（1）構(gòu)造缺陷主要為焊縫尺寸及角變形焊縫尺寸不符合要求，例如錯(cuò)邊量、焊縫寬度差、焊縫余高差不符合要求等。

（2）工藝缺陷主要包括咬邊、焊瘤、燒穿、未焊透、未熔合等。

（3）單面焊雙面成型技術(shù)常見的冶金缺陷有氣孔、冷縮孔、夾渣、夾鎢、冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋等。

2 焊接試驗(yàn)及方法

2.1 焊接試驗(yàn)

焊接試樣如圖1 所示[5]，母材選用Q235 的低碳鋼板，厚度為6 mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇氧-乙炔氣割方法下料。試件長(zhǎng)度為350 mm，寬度為150 mm，然后刨削加工成單邊V 形坡口。單邊坡口的角度為30°，坡口面保持平直，試件表面平整且沒有變形，鈍邊為1 mm。焊接前使用砂紙將坡口及正、反兩側(cè)20 mm 范圍內(nèi)的鐵銹、油污、氧化物等污漬清除，使其表面呈現(xiàn)金屬光澤，并將所需鈍邊銼好。

圖1 試件坡口加工圖（單位：mm）

2.2 焊接工藝

焊接參數(shù)包括焊接電流、電弧電壓、焊絲直徑、焊接速度以及焊件厚度，焊接參數(shù)選擇對(duì)焊接工藝是至關(guān)重要的，結(jié)合焊接經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行焊接參數(shù)選擇并采用試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.3 焊接接頭檢驗(yàn)

焊接接頭質(zhì)量檢測(cè)按照檢驗(yàn)方法不同可以分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性檢驗(yàn)。

破壞性試驗(yàn)包括力學(xué)性能試驗(yàn)、化學(xué)分析、腐蝕試驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、焊接性試驗(yàn)等；非破壞性檢驗(yàn)包括無損探傷檢驗(yàn)（射線探傷、磁粉檢測(cè)、超聲波探傷、著色檢測(cè)）、表面觀察、密封檢驗(yàn)、耐壓檢驗(yàn)等[6]。

（1）采用超聲波無損探傷檢測(cè)方法對(duì)焊接接頭進(jìn)行檢測(cè)。超聲波探傷應(yīng)按照GB/T 29712—2013《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果的分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)[7]。采用一種角度探頭在焊縫的單面雙側(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)整個(gè)焊縫截面進(jìn)行探測(cè)。可在焊縫兩側(cè)邊緣使探頭與焊縫中心線呈10°～20°做斜平行掃查。

（2）拉伸試驗(yàn)可用于評(píng)定焊縫或焊接接頭的強(qiáng)度和塑性性能。抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的差值能很好地說明焊縫或焊接接頭的塑形儲(chǔ)備量。焊接接頭按GB/T 2651—2008《焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行拉伸檢測(cè)。

3 單面焊雙面成型焊接質(zhì)量差的防止措施

3.1 焊接前準(zhǔn)備

單面焊雙面成型的焊前準(zhǔn)備要求較高，否則將影響焊縫的質(zhì)量。在焊接前，首先要測(cè)試焊接的穩(wěn)定性并確保工藝參數(shù)符合要求，再進(jìn)行焊接。使用焊條前要對(duì)其進(jìn)行烘干處理，同時(shí)放在保溫桶內(nèi)進(jìn)行保溫。并且仔細(xì)檢查焊條的藥皮是否開裂以及焊芯是否生銹等。同時(shí)對(duì)工件應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠驴谔幚恚⑶謇砀蓛羝驴谡⒎磧蓚?cè)的鐵銹、油污等雜質(zhì)，使坡口呈現(xiàn)出金屬光澤。裝配尺寸要根據(jù)坡口的形式大小來選擇，裝配調(diào)整好以后要留有適當(dāng)?shù)姆醋冃瘟俊Ｊ┖盖耙獓?yán)格要求焊工認(rèn)真按照操作規(guī)章制度進(jìn)行焊前準(zhǔn)備，保證焊接質(zhì)量以及焊接安全。

3.2 選擇合適的參數(shù)

（1）焊條直徑

焊條直徑一般根據(jù)焊件的厚度來選擇，同時(shí)還應(yīng)該考慮焊接層數(shù)、施焊位置和接頭形式。

（2） 焊接電流

焊接電流要根據(jù)焊條類型、接頭形式、焊件厚度、焊縫位置等因素來選擇。由于焊條直徑受到焊縫位置以及焊件厚度的影響，所以選擇焊接電流時(shí)應(yīng)根據(jù)焊條直徑的大小選擇焊接電流，并在一定范圍內(nèi)呈線性升高。

（3） 焊接電壓

選用斷弧焊接時(shí)，立焊、仰焊時(shí)弧長(zhǎng)應(yīng)該比平時(shí)更短一些，便于熔滴過渡，可以防止熔化的金屬下淌。采用堿性焊條焊接時(shí)應(yīng)比酸性焊條的弧長(zhǎng)更短些，有利于提高電弧的穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生焊接缺陷。

（4）焊接速度及運(yùn)條方式

焊接速度也對(duì)焊接質(zhì)量有較大影響，單面焊雙面成型時(shí)如果焊接速度太慢，焊縫過熱容易燒穿焊件，焊接速度也不能太快，避免出現(xiàn)未焊透等缺陷。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)單面焊雙面成型焊接接頭規(guī)律進(jìn)行分析，提出了單面焊雙面成型技術(shù)容易產(chǎn)生缺陷的原因及預(yù)防措施，使單面焊雙面成型技術(shù)能夠得到更具有深度的改進(jìn)和推廣。隨著時(shí)代的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及人工智能的推廣，焊接自動(dòng)化的程度也越來越高。電子焊接、半自動(dòng)化焊接、自動(dòng)化焊接將會(huì)是今后的發(fā)展趨勢(shì)。