箱形柱熔嘴絲極電渣焊SES焊接技術分析

包慧慧，閻增興，趙慶科，王 淵

浙江致遠鋼結構股份有限公司，浙江 臺州 318000

1 熔嘴絲極電渣焊簡介

電渣焊是指利用電流通過液體熔渣所產生的電阻熱來進行焊接的一種方法。電渣焊根據電極形狀的不同，可分為絲極、管極（熔嘴）和板極。工廠箱型柱隱蔽焊縫焊接采用絲極和管極。電渣焊是在垂直或接近垂直的位置進行焊接的，適用于箱型柱隱蔽內隔板焊接的一種形式。ZH-1000/1250懸掛式電渣焊結構示意圖如圖1所示。

圖1 ZH-1000/1250懸掛式電渣焊結構示意圖

管極（熔嘴）電渣焊是焊絲穿過外涂藥皮的管焊條（熔嘴）到達熔池和管焊條一起熔化作為填充金屬的焊接方法，絲極（非熔嘴）電渣焊導管采用水循環不熔化，僅焊絲作為填充金屬的焊接方法。管極、絲極電渣焊目前在工廠焊接箱型柱中廣泛應用。

電渣焊焊接質量與焊工的操作技能有直接關系，焊工焊接電渣焊縫，要想使電渣焊焊縫UT探傷合格率達到100%，必須掌握電渣焊的應知知識點，通過培訓、學習掌握相關知識，達到一定的熟練程度。

2 渣孔裝配要求

根據箱型柱內隔板蓋板厚度的不同，制定不同的加工裝配工藝要求。電渣焊內隔板I型坡口間隙與板厚的關系如表1所示。

表1 電渣焊內隔板I型坡口間隙與板厚的關系 單位：mm

例如，若內隔板厚度為25mm，蓋板厚度為30mm，則電渣焊焊孔要求如圖2所示。

圖2 電渣焊渣孔尺寸要求（單位：mm）

當內隔板厚度為25mm時，電渣渣孔尺寸應為25mm×25mm；當內隔板小于25mm時，應調整至25mm。這樣焊接過程渣池比較穩定，提高電渣焊的合格率。

電渣焊渣孔墊板尺寸長度根據箱型柱具體尺寸來定，厚度不小于25mm，寬度為50mm（機加工前需放量20mm，達到70mm），保證墊板的寬度與厚度的目的是避免焊接過程中墊板熔穿，進而影響電渣焊焊接質量和進度。

為了防止焊接過程中漏渣，必須對墊板進行機加工，確保內隔板與蓋板面密貼，防止焊接過程中漏渣、熔穿。箱型柱裝配好后，放到焊接平臺，焊前先用細鋼筋棒把渣孔內的鐵屑及雜質清理干凈，確保渣孔內暢通。

3 焊接工藝參數對焊接質量的影響

3.1 電流

一般等速送絲的焊機，其送絲速度快時電流大。電流與焊接區產生的熱能成平方正比關系，電流愈大，產生熱量愈高，熔嘴、焊絲與母材的熔化愈快，相應焊接速度快，但電流的選擇受熔嘴直徑的限制，如果電流過大鋼管因承受電流密度太大而發熱嚴重，熔嘴的藥皮會發紅且失去絕緣性能。因此電流應根據熔嘴直徑、焊絲直徑和板厚作適當選擇。

3.2 電壓

電壓與焊縫的熔寬成正比關系，在起弧階段所需電壓稍高，一般為40～42V，以便于盡快熔化母材邊緣和形成穩定的電渣過程。正常焊接階段時（電渣過程），所需電壓稍低，一般為36V、38V。如電壓太高，焊絲易與渣池產生電弧；如電壓太低，焊絲易與金屬熔池短路，電渣過程不穩定，同時母材因熔化不足而產生未熔合缺陷。

3.3 渣池深度

渣池深度與產生的電阻熱成正比，渣池深度穩定則產生的熱量穩定，焊接過程也穩定。渣池的深度要求一般為30～35mm。渣池太深則電阻增大使電流減小，使母材邊緣熔化不足，焊縫不成形。渣池太淺則電流增大，電壓減小，電渣過程不穩定。如果襯板與母材密貼不嚴，造成熔渣突然流失，熔嘴端即離開了渣池表面，僅有焊絲還在渣池中，導電面積減小，電流突降，電壓升高，必須立即添加焊劑方能繼續焊接過程。

4 焊前準備工作

（1）管焊條：直徑分別為Φ8mm、Φ10mm、Φ12mm，根據渣孔大小選擇，盡量選擇直徑小的管焊條，增加渣孔空間，使渣池相對比較穩定。（2）焊絲：采用直徑為Φ2.4mm或Φ3.2mm的焊絲，絲極采用Φ1.6mm。（3）電渣焊專用焊劑：型號為JF-600或HJ431（電渣焊專用）。（4）起弧：在起弧位置加一些拋丸機鋼丸或者碎焊絲頭。（5）耐火泥：用于渣孔密封及漏渣或燒穿時的應急封堵。（6）引弧銅槽、收弧馬口槽：銅槽材質選用黃銅或鉻鋯銅，最好選用鉻鋯銅，鉻鋯銅比黃銅耐高溫，易清渣，耐磨耐用。（7）竹筒：用于添加焊劑。（8）小鏡子：用于觀察渣孔下端熔嘴或焊槍的同心度。（9）護目鏡：焊工佩戴，觀察渣池顏色，以便添加焊劑。（10）千斤頂：用于固定引弧銅槽。

5 焊接規范參考值

當箱型柱渣孔尺寸為25mm×25mm時，焊前設定焊接工藝規范，管焊條直徑為Φ8mm，焊絲直徑為Φ3.2mm時，采用的規范如表2所示。

表2 焊接規范參考值

電流電壓之間的匹配很重要，電流過大，電壓過高，填充量過快，渣池過寬，渣孔四周熔深不夠，會產生未熔合；電流過小，電壓過低，填充量不夠，四周邊緣熔不到，同樣產生未熔合夾渣現象，因此焊接過程電流電壓匹配一定要合適，這樣才能保證渣孔四周完全熔合。

電壓與熔池的寬度成正比，在起弧階段所需要的電壓稍高，一般為40～42V，便于盡快熔化母材邊緣，形成穩定的渣池，進入正式焊接階段（進入箱體后）所需要的電壓為34～38V，如果電壓太高，焊絲易于渣池產生電弧，母材邊緣熔化太寬；如果電壓太低，焊絲易于金屬熔池短路，渣池不穩定，同時母材因熔化不足而產生未熔合缺陷。最佳規范如表3所示。

表3 熔嘴電渣焊焊接工藝參數

6 焊接關鍵技術

6.1 起弧及造渣

先將外涂藥皮管焊條（熔嘴）放入暢通的渣孔內，管焊條起到導向與填充作用，焊絲穿過管焊條，作為熔化電極（絲極電渣焊焊槍導管僅起到導向左右，通過循環水冷卻的方式確保焊槍導管不過熱）。將管焊條端部伸至與渣孔底部平齊，或伸出底部5～10mm，然后焊絲從管焊條內孔穿出，伸出管焊條端部25～30mm（絲極伸出35～40mm），然后將一面小鏡子放置在千斤頂上，便于觀察管焊條與渣孔的同心度，管焊條與渣孔的同心度對于焊接質量影響至深，如果管焊條與渣孔不同心，會造成管焊條與母材相碰觸，發生短路故障，管焊條發紅熔斷，焊接過程中斷。因此無論是管極還是絲極，起弧前必須調整好管焊條（或焊槍）與渣孔的同心度。確認同心度后，將引弧銅槽（銅槽引弧深度為50mm，槽內放入5～10mm厚的鋼丸，輔助引弧）放置好，用千斤頂頂緊密貼。為防止局部漏渣，用和好的耐火泥將銅槽與箱體間的縫隙封好，做到起弧階段不漏渣，確保焊接的順利進行。起弧的方法采用接觸引弧或者摩擦引弧。先采用接觸引弧，若不成功，再用摩擦引弧，可用手微微擺動一下管焊條（焊槍），但是幅度不能太大，否則會影響同心度。起弧后先將焊前準備好的焊劑（型號為JF600，重量約100g）倒入銅槽內，把電弧光埋住，開始造渣過程，此時要確保焊接電流及焊接電壓合乎規范。

6.2 渣池深度判斷

等到渣池穩定后，用護目鏡觀察渣池顏色，主要是確定渣池深度，如果渣池顏色發黑，說明渣池較厚，不要添加焊劑；如果渣池顏色發白，說明渣池深度變淺，適量添加少許焊劑，當渣池顏色為橘紅色時，說明渣池厚度正好。渣池穩定后，確認一下管焊條（焊槍）的同心度，如果同心度有偏差，進行適當調整。

6.3 電流調整

當焊接正常進行時，與渣池連接的箱體蓋板一般呈現暗紅色或者橘紅色，如果沒有顏色變化，說明焊接電流過大或過小，也有可能是同心度偏移，立即進行調整。有的焊工發現箱體蓋板沒有顏色變化時，以為電流偏小，盲目增大電流，焊道填充量加大，渣池上升速度加快，熱量擴散時間變短，導致蓋板顏色更沒有變化，同時會造成未熔合及夾渣缺陷。正確的做法應是適當小幅度減小電流，使得焊道液面升高速度變慢，熱量擴散時間變長，渣池四面熔深增加，箱體蓋板上對應位置的溫度進一步升高。

6.4 正常焊接的表象特征

正常進行的焊接過程會呈現以下表象：管焊條（焊槍）處于渣孔的同心位置；渣池表面顏色為橘紅色；蓋板焊縫區域呈現暗紅或橘紅色。以上表象下的渣池燃燒穩定，焊接規范適當，不要隨意調整，直至焊接結束。

6.5 漏渣的處理工藝

當焊接過程出現襯板沒有貼緊，間隙過大，會出現熔穿流渣的情況，此時不要慌亂，不要熄弧，盡快把電流調至200A，電壓調至24V，目的是減小熔深及熔寬，立即添加焊劑，堵住熔孔，不要添加鋼丸（否則會造成未熔合及夾渣現象），熔孔堵住后，渣池液面漫過熔穿位置，確定不再漏渣后，立即恢復焊接規范，進入正常焊接狀態。造成漏渣的主要原因是襯板與箱體蓋板無法密貼，間隙過大，此時要對襯板進行機加工，確保襯板條平直，當焊縫焊至箱體高度的2/3后，焊縫渣池周圍的溫度越來越高，蓋板顏色也由橘紅色變成亮白色，很容易燒穿，此時把電流電壓適當調小，確保蓋板不被燒穿。

6.6 收弧工藝

進入收弧階段，把收弧專用馬口銅塊放置在渣孔處，馬口銅塊收弧高度為40mm，用耐火泥將其四周間隙封堵好，渣池液面與馬口銅塊平齊時，電渣焊熄弧，將焊絲收起，管焊條提高，讓熔渣慢慢空冷，不要將其馬上清除，以免形成裂紋缺陷。焊縫溫度降至常溫后，清除熔渣，檢查是否有缺陷。一切正常后，用碳弧氣刨清除焊道余高，修出坡口，交給下一道工序，進行箱體主焊縫的打底焊接。

7 常見缺陷產生的原因及防治措施

電渣焊常見缺陷的產生原因及防治措施如表4所示。

表4 電渣焊常見缺陷產生的原因及防治措施

8 結論

文章通過分析箱形柱熔嘴絲極電渣焊SES焊接技術，得出了以下結論：（1）利用該技術可實現箱體內隱蔽焊縫100%熔透，能夠確保箱體節點抗拉強度的受力；（2）改善了焊工在箱體內施焊的惡劣環境；（3）降低了焊工的勞動強度；（4）采用電渣焊提高了隱蔽焊縫的焊接質量，提高了焊接效率，降低了焊接成本。