淺析焊條電弧焊單面焊雙面成型技術

付元勤 趙杰明 孫建鵬

摘 要：焊接技術是一門重要的金屬加工技術，盡管焊接技術發展很快，自動化程度也越來越高，但手工電弧焊仍占有不可替代的地位。尤其在氬弧焊受限的地方，單面焊雙面成型焊接技術的作用更顯突出。優質的單面焊雙面成型焊縫應具有良好的成型外觀，優異的機械性能，焊縫內部能滿足無損檢測要求。但焊接過程中由于設備、工藝及操作等原因，致使焊縫達不到質量要求，從而對產品的質量和使用壽命產生嚴重的影響。本文詳細的介紹了焊接電源、電流、速度、電壓、焊接層數、焊條類形、焊條直徑等工藝因素對單面焊雙面成形技術焊接質量的影響和造成的相關缺陷，詳細的分析了產生焊接質量問題的原因，提出了相應的防止措施，解決單面焊雙面成型技術的缺陷，使單面焊雙面成型技術進一步完善，并對單面焊雙面成型作業具有一定的指導作用。

關鍵詞：“單面焊雙面成型焊接”、“焊接參數”、“原因”、“措施”

1.單面焊雙面成型技術的概念

單面焊雙面成型技術是采用普通焊條，以特殊的操作方法，在坡口背面沒有任何輔助措施的條件下，在坡口的正面進行焊接，焊后保證坡口的正、反面都能得到均勻整齊、成型良好，符合質量要求的焊縫。它是手工電弧焊中難度較大的一種操作技術，適用于無法從背面清焊根、焊接的重要焊件。

2.單面焊雙面成型常見的焊接缺陷

2.1 尺寸上的缺陷

包括焊接結構的尺寸誤差和焊縫型狀不佳等。焊縫高低不平和魚鱗紋粗劣，焊縫寬不均勻、余高過低過高，焊角尺寸不等都屬于焊縫尺寸及型狀不符合要求。這些缺陷不僅使焊縫外觀較差，而且容易造成應力集中，影響焊縫與母材的結合強度。

2.2 結構和性質上的缺陷

結構上包括氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、咬邊、裂紋等缺陷。這些缺陷減弱了焊縫的有效面積，降低了接頭的力學性能，易造成應力集中，甚至焊縫開裂，從而引起了焊縫性質上的缺陷，力學和化學性能不能滿足焊件的使用要求，使焊縫結構無法達到設計預期，影響設備使用壽命。

3.單面焊雙面成型焊接質量差的原因分析

3.1 焊接電源自身因素

焊接電源是焊接工藝執行過程中最重要的因素。當焊機的引弧性能差，電弧燃燒不穩定，就不能保證工藝參數穩定，焊接過程就無法正常進行，焊接質量就得不到保證。

用交流電源焊接時，電弧穩定性差。采用直流電源焊接時，電弧穩定、柔順、飛濺少，但電弧磁偏吹較交流嚴重。低氫型焊條穩弧性差，通常必須采用直流弧焊電源。用小電流焊接薄板時，也常用直流弧焊電源，因為引弧比較容易，電弧比較穩定。低氫型焊條用直流電源焊接時，一般用反接，因為反接的電弧比正接穩定。焊接薄板時，焊接電流小，電弧不穩定，因此焊接薄板時，不論是用堿性焊條還是用酸性焊條，都選用直流反接。

3.2 工藝因素的影響

3.2.1 焊接電流

焊接電流選擇是否恰當直接影響到焊接的最終質量。電流偏大，可以提高生產率，并使熔深增加，但易出現咬邊、焊穿、增加焊件變型和金屬飛濺量，也會使焊接接頭的組織由于過熱而發生變化。電流過小，使電弧不穩，熔深減小，易出現未焊透、未熔合、夾渣等缺陷。

焊接電流應根據板厚、接頭型式、焊接位置、焊接層數、焊條類型、焊條直徑和焊接經驗等因素綜合考慮。

3.2.2 焊接速度

焊接速度是表征焊接生產效率的主要參數。焊接速度應該均勻適當，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時還要使焊縫外觀符合要求。焊速過快，使熔池溫度不夠，易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷。焊速過慢，使高溫時間長，熱影響區寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，機械性能降低，焊件的變型量增大，同時焊速過慢還會使每層的厚度增大，導致熔渣倒流，型成夾渣等缺陷。

3.2.3 電弧電壓

焊接過程中電弧電壓主要由電弧長度決定的。電弧過長對溶池金屬保護差，易使焊縫產生氣孔等缺陷，但弧長也不易過短，若弧長過短，就會引起粘條現象，且由于電弧對溶池的表面壓力過大，不利于溶池的攪拌，使溶池中氣體及溶渣上浮受阻，從而引起氣孔、夾渣等缺陷。

3.2.4 焊條類型、直徑及焊接層數的影響

焊條直徑和焊接層數主要根據焊件厚度、焊條直徑、坡口型式和裝配間隙等來確定。焊接層數可作如下近似估算：

n=δ/d 式中：n為焊接層數;δ為焊件的厚度（mm）;d為焊條的直徑（mm）

焊條直徑一般根據焊件的厚度選擇：同時還要考慮接頭形式、施焊位置和焊接層數，對于重要的結構還要考慮焊接熱輸入的要求。在板厚相同的條件下，平焊位置的焊接所選用的焊條直徑比其他位置大一些，立焊，橫焊和仰焊應選用較細的焊條，一般不超過4mm，打底時應選用小直徑焊條，填充和蓋面可以根據焊件的厚度選用較大的焊條。

對于低碳鋼和強度等級較低的低合金鋼的多層焊時，每層厚度過大，對焊縫金屬的塑性（主要表現在冷彎上）有不利的影響，且焊接過程中熔渣易倒流，產生夾渣和未熔合等缺陷，但每層厚度也不易過小，以免造成焊縫兩側熔合不良。

3.3 操作因素

在焊接生產過程中，焊工的操作方法掌握不熟練，這是造成焊縫質量差的重要原因之一。

4.防止焊接時產生缺陷的措施

4.1 作好焊前準備

焊前應對焊機進行試焊，確認焊機的性能良好穩定，選擇合適的工藝參數，工件應開V型的坡口，鈍邊1～2mm，間隙1～3mm坡口邊緣20mm以內應打磨干凈，露出金屬光澤。打底時應選擇直徑3.2mm的焊條，填充和蓋面可選用4mm的焊條，焊條需要進行烘干，保溫2～4h。使用時應將焊條放在保溫筒內，隨用隨取。焊條在爐外停留時間不超過4h，且反復烘干次數不多于三次，藥皮開裂和偏心度超標的焊條不得使用。

4.2 焊接操作

4.2.1 選擇合適的工藝參數

焊條電弧焊的工藝參數通常包括：焊條直徑、焊接電流、電壓、速度、電源種類和極性、焊接層數等。參數選擇的正確與否直接影響焊縫外觀焊接質量和生產率。焊接過程中應盡量選擇使用短弧焊接，立焊、仰焊時比平焊更短些，以利于熔滴過渡，防止熔化金屬下滴，堿性焊條焊接時應比酸性焊條弧長短些，以利于電弧穩定避免產生焊接缺陷。 焊速應合適，不宜過慢，以每層厚度不大于4-5mm為宜，避免高溫停留增長，影響焊縫的機械性能，但焊速也不宜過快，以免造成未熔合、未焊透等缺陷。焊速直接影響生產率，所以應在保證焊縫質量的基礎上采用較大的焊條直徑和焊接電流，同時根據具體情況適當加快焊接速度，以提高焊接生產率。對重要構件要采取焊前預熱焊后緩冷等措施，以避免冷裂紋的產生。

4.2.2 焊工技術水平

焊接生產中，焊工對單面焊雙面成型技術掌握程度和參數經驗，往往決定了焊縫的質量。因此加強焊工操作技能的訓練及各種焊接參數的掌握是保證焊縫質量的關鍵。

結論：

單面焊雙面成型焊接技術在現代手工電弧焊焊接領域仍占有不可替代的作用，優質的焊縫即可以滿足設計要求，又保證產品的使用壽命。而一旦出現嚴重的焊接缺陷，不但會影響產品的使用壽命，甚至給安全生產帶來威脅，引起安全事故。單面焊雙面成型的焊接質量受到了焊接設備、工藝流程、操作技術水平的限制，通過對這些限制深入研究，找出造成質量差的原因，提出了相應的防止措施，解決單面焊雙面成型技術的缺陷，使單面焊雙面成型技術進一步完善，并對單面焊雙面成型的作業起到一定的指導作用。

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