0 引言
焊管的單面焊雙面成形焊接工藝是在接縫間隙處依靠控制熔池金屬的操作技術(shù)來(lái)實(shí)現單面焊接,正、反雙面成形。焊接時(shí)隨著(zhù)電弧熱源的穩定,液態(tài)金屬熔池沿前線(xiàn)熔化,沿后端線(xiàn)結晶,高溫液態(tài)熔池處于懸空狀態(tài)。
選用100% CO2氣體保護焊,熔深好,焊縫成形美觀(guān),便于單面焊雙面成形。
焊管的單面焊雙面成形焊接工藝焊縫質(zhì)量好、焊接速度快、節省了焊接材料而且焊縫內部的質(zhì)量容易達到探傷質(zhì)量的要求。
1 工藝特點(diǎn)
影響熔池存在時(shí)間和熔池幾何形狀的主要因素是被焊金屬的熱物理性能、坡口角度、尺寸、焊接方法以及焊接規范等。假設基本金屬的熱物理性能、坡口角度及尺寸為定值時(shí),熔池存在的時(shí)間和熔池的幾何形狀可以用下式表示：
t = M / v =UIJS / v
式中 t—熔池存在的時(shí)間, s；
S —散熱系數；
v—焊接速度,mm/s；
U—電弧電壓,V；
I—焊接電流,A；
J —熔池幾何形狀系數,mm；
M —熔池幾何形狀當量外徑,mm。
由上式可以看出, CO2氣體保護焊具有單面焊雙面成形的有利條件。
CO2氣體保護焊的電弧熱量集中,加熱面積小,液體熔池小,熔池幾何形狀比手工電弧焊、埋弧焊較小,有利于熔池的控制。
CO2氣體保護焊電流密度較大,可以達到足夠的熔深,由于熔池體積較小,焊接速度快,在CO2氣流的冷卻作用下,熔池停留的時(shí)間短,因此既有利于控制熔池不下墜,又可以焊透。
CO2氣體保護焊熔渣較少,熔池的可見(jiàn)度較好,便于直接觀(guān)察熔池的形狀,焊工可以依據熔孔的大小來(lái)控制焊接速度和擺動(dòng)以保證焊縫成形,易操作且效率高。
2 工藝準備
2.1 坡口形式及組裝
CO2氣體保護焊對坡口形式和組裝的要求較為嚴格。對接焊縫的坡口形式以及尺寸包括角度、鈍邊和裝配間隙。
坡口角度主要影響電弧是否能深入到焊縫的根部,使根部焊透,進(jìn)而獲得較好的焊縫成形和焊接質(zhì)量。保證電弧能夠深入到焊縫根部的前提下,應盡量減小坡口角度。
鈍邊的大小可以直接影響根部的熔透深度,鈍邊越大,越不容易焊透。鈍邊小或無(wú)鈍邊時(shí)容易焊透,但裝配間隙大時(shí),容易燒穿。
裝配間隙是背面焊縫成形的關(guān)鍵參數,間隙過(guò)大,容易燒穿;間隙過(guò)小,很難焊透。
采用直徑為1. 2 mm的H08Mn2Si焊絲。單面焊雙面成形封底焊縫的熔滴過(guò)渡形式為短路過(guò)渡,通�？梢赃x用較小的鈍邊,甚至可以不留鈍邊,裝配間隙為2～4 mm,坡口角度依據GB985—1988《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸》的標準要求采用V形坡口,坡口角度在60°±5°,對提高坡口精度以及焊接質(zhì)量,起到了很好的作用。
焊接中注意天氣的影響,特別是防風(fēng)措施一定要做到位。
2. 2 焊接電流的選擇
焊接電流是確定熔深的主要因素,當焊接電流太大時(shí),則焊縫背面容易燒穿、出現咬邊、焊瘤,甚至產(chǎn)生嚴重的飛濺和氣孔等缺陷；電流過(guò)小時(shí),容易出現未熔合、未焊透、夾渣和成形不好等缺陷。試驗表明:當選用直徑為1. 2 mm焊絲時(shí),單面焊雙面成形的封底焊接電流為85～100 A較為合適。因此,焊接電流的大小直接影響焊縫的成形以及焊接缺陷的產(chǎn)生。
2. 3 焊接電壓的選擇
在短路過(guò)渡的情況下,電弧電壓增加則弧長(cháng)增加。電弧電壓過(guò)低時(shí),焊絲將插入熔池,電弧變得不穩定。所以電弧電壓一定要選擇合適,通常焊接電流小,則電弧電壓低；電流大,則電弧電壓高。
2. 4 焊接速度的選擇
當焊絲直徑、焊接電流和電壓為定值時(shí),熔深、熔寬及余高隨著(zhù)焊接速度的增大而減小。如果焊接速度過(guò)快,容易使氣體的保護作用受到破壞,焊縫冷卻的速度太快,焊縫成形不好；焊接速度太慢,焊縫的寬度顯著(zhù)增大,熔池的熱量過(guò)分集中,容易燒穿或產(chǎn)生焊瘤。
3 操作方法
焊管CO2氣體保護焊是明弧操作,熔池的可見(jiàn)度好,容易掌握熔池的變化,可以直接觀(guān)察到電弧擊穿的熔孔,能夠控制熔孔的大小并且保持一致,在這方面要比手工電弧焊優(yōu)越的多。另外,焊接時(shí)接頭少,不易產(chǎn)生缺陷,但操作不當也容易產(chǎn)生缺陷。所以,操作時(shí)應特別引起注意。
3. 1 干伸長(cháng)度的控制
干伸長(cháng)度對焊接過(guò)程的穩定性影響比較大,當干伸長(cháng)度越長(cháng)時(shí),焊絲的電阻值增大,焊絲過(guò)熱而成段熔化,結果使焊接過(guò)程不穩定,金屬飛濺嚴重,焊縫成形不好以及氣體對熔池的保護也不好;如果干伸長(cháng)度過(guò)短,則焊接電流增大,噴嘴與工件的距離縮短,焊接的視線(xiàn)不清楚,易造成焊道成形不良,并使得噴嘴過(guò)熱,造成飛濺物粘住或堵塞噴嘴,從而影響氣體流通。因此,干伸長(cháng)度一般選擇焊絲直徑的10倍為最佳干伸長(cháng)度。
3. 2 焊絲與焊管角度的選擇
焊絲與焊管縱向以及橫向的角度是保證單面焊雙面成形封底焊焊接質(zhì)量的關(guān)鍵,應特別注意,各種焊接位置封底焊時(shí)焊絲與焊管的角度。焊管對接橫焊時(shí),焊絲與焊管的軸線(xiàn)成下傾斜10°～20°與圓周切線(xiàn)成70°～80°；焊管對接全位置焊時(shí),焊絲與焊管的軸線(xiàn)成90°與圓周切線(xiàn)成60°～80°。
3. 3 打底焊焊縫接頭
打底焊時(shí),應盡量減少接頭,若需要接頭時(shí),用砂輪把弧坑部位打磨成緩坡形。打磨時(shí)要注意不要破壞坡口的邊緣,造成焊管的間隙局部變寬,給打底焊帶來(lái)困難。接頭時(shí),干伸長(cháng)的頂端對準緩緩焊接,當電弧燃燒到緩坡的最薄的位置時(shí),正常擺動(dòng)。CO2氣體保護焊的焊接接頭方式與手工電弧焊的接頭完全不一樣。手工焊焊接接頭時(shí),當電弧燒到熔孔處時(shí),壓低電弧,稍作停頓才能接上；而CO2氣體保護焊只需正常的焊接,用它的熔深就可以把接頭接上。
3. 4 打底焊
打底焊是焊管焊接接頭質(zhì)量的關(guān)鍵,注意熔接時(shí)接頭的方法,才能避免焊接缺陷的產(chǎn)生。焊接電流應依據坡口角度的大小作適當的調整,坡口角度大時(shí)散熱面積小,電流應調小一些,否則容易造成塌陷和反面咬邊等缺陷。
打底焊時(shí)選用短齒形擺動(dòng),由于短齒形的間距沒(méi)有掌握好,焊絲在裝配間隙中間穿出,如果在整條焊縫中有少量的焊絲穿出,是允許的；如果穿出的焊絲很多,則是不允許的。為了防止焊絲向外穿出,打底焊時(shí),焊槍要握平穩,可以用兩手同時(shí)把握焊槍,右手握住焊槍后部,食指按住啟動(dòng)開(kāi)關(guān),左手握住焊把鵝頸部分就可以了。這樣就能減少穿絲或不穿絲,保證打底焊的順利進(jìn)行和打底焊的內部質(zhì)量。
要注意的是,在打底焊前應對焊接規范進(jìn)行檢查,避免在施焊的過(guò)程中出現問(wèn)題,檢查導電阻的內徑是否合適,注意噴嘴內部的飛濺物是否堵塞噴嘴。
�；』虼虻缀附Y束時(shí),焊槍不要馬上離開(kāi)弧坑,以防止產(chǎn)生縮孔及氣孔。
4 焊縫質(zhì)量
4. 1 焊縫外觀(guān)
焊管的單面焊縫外觀(guān)成形良好,平滑整齊,熔寬和加強高符合雙面焊尺寸公差要求,焊接缺陷明顯少于手工電弧焊單面焊雙面成形。
4. 2 焊縫內部
焊縫內部質(zhì)量經(jīng)X射線(xiàn)探傷檢驗表明,一級片合格率明顯高于手工電弧焊單面焊雙面成形。
4. 3 力學(xué)性能
壁厚為6 mm,直徑為325 mm的焊管對接焊時(shí),手工電弧焊與CO2氣體保護焊焊接接頭性能對比。
試驗結果表明: E5015手工電弧焊與H08Mn2 Si、CO2氣體保護焊單面焊雙面成形焊接接頭的性能相近,手工電弧焊焊接接頭性能略高于CO2氣體保護焊焊接接頭的性能,其原因是E5015焊條的強度比國家標準規定的強度要高。
4. 4 接頭組織對比
E5015手工電弧焊與H08Mn2Si、CO2氣體保護焊焊接接頭的金相組織基本相同,主要都是鐵素體+珠光體。
5 結語(yǔ)
CO2氣體保護焊單面焊雙面成形焊接質(zhì)量可靠,它與手工電弧焊相比具有操作簡(jiǎn)單、熔池容易控制、背面成形優(yōu)良;焊接質(zhì)量好、焊接速度快、焊縫內部質(zhì)量容易達到探傷的質(zhì)量要求、操作方法比較容易掌握、成本低、效率高等特點(diǎn),在生產(chǎn)中取得了良好的效果。
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