单面焊接双面成形（共5篇）
单面焊接双面成形 篇1
手工焊条电弧焊是中等职业技术学校进行技能训练、技术考核、技能竞赛等所遇到的。手工焊条电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法, 通常用于焊接碳钢板和低合金钢板。单面焊双面成形焊接技术是采用普通焊条, 以特殊的操作方法在坡口背面无任何辅助衬垫的条件下, 在坡口正面进行焊接, 焊后保证坡口的正反面都能得到均匀整齐、成形良好、符合质量要求的焊缝的焊接操作方法[1]。板状试件单面焊双面成形焊接的操作中, 焊条熔滴受重力等影响容易偏离焊条轴线, 熔池金属受重力等影响容易下坠, 甚至流淌至下坡口面, 造成未熔合及夹渣等缺陷。要保证焊透, 用开V形坡口的形式进行多层多道焊, 第一层打底焊道的焊接是操作的关键, 正确的运条角度, 控制熔池形状, 使熔池金属的冶金反应较完全, 气体与杂质排除干净, 并与母材很好地熔合, 在培训考证、技能竞赛时要通过透视检验。
一、工艺特点
单面焊双面成形主要适用于板状对接接头、管状对接接头、骑座式管板接头, 按接头位置不同可进行平焊、立焊、横焊、仰焊等位置操作焊接, 用于坡口的对接。
例如板状横焊的底层采用单面焊双面成形的焊接技术, 在空间位置不同, 使焊缝的上边缘出现咬边、夹渣等焊接缺陷。而下部与中部也容易产生未熔合、层间夹渣等焊接缺陷, 同时横焊试板位置处于水平线上, 大多采用多层多道焊, 焊缝重叠排列堆焊而成, 焊缝成形控制比较困难。要保证焊缝良好的成形和质量要求, 必须选择最佳焊接规范和合适的运条手法[2]。配合合适的运条角度观察熔孔的大小, 控制焊接速度易于保证焊缝成形。
二、工艺方法
单面焊双面成形焊接方法主要有:断弧焊法和连弧焊法。低碳钢焊接时的打底层焊道采用间断灭弧法。其操作要点在于通过电弧反复交替燃烧与熄灭, 并控制熄弧时间, 从而控制熔池温度、形状和位置, 以获得良好的背面成形和内部质量[3], 横板的实际操作间隙比连弧焊稍大, 选用的焊接电流也较宽, 使电弧具有足够的穿透能力。间断灭弧法操作显得灵活和适用。而连弧焊法即在焊接过程电弧始终燃烧, 并做有规则的摆动, 使熔滴均匀地过渡到熔池中, 达到良好的背面成形。但是焊接过程随着温度的升高难以控制, 熔池形状、尺寸难保证, 根部焊透难保证, 甚至出现焊瘤。
三、横焊位置的工艺分析
1.要有合适的坡口角度和钝边、间隙
坡口角度和钝边、间隙是影响焊缝成形、尺寸和变形的因素, V形坡口单面焊双面成形的坡口形式和组装的要求比较严格。
2.要有合适焊接电流
焊接电流:焊接电流直接影响焊道的熔深, 单面焊双面成形工艺是采用小的电流灭弧焊进行操作的, 采用大电流操作时, 容易出烧穿、焊瘤等缺陷。
实验证明:当采用直径为3.2 mm的碱性焊条, 打底层焊接电流为125~130 A, 灭弧焊法从燃弧-焊接-断弧-燃弧-焊接-断弧的循环操作, 形成的熔池较合适;填充层电流为130~135 A, 焊条作椭圆连弧焊接[2];盖面层选用直径为3.2 mm , 电流135~140 A, 连弧作小椭圆摆动运条法操作, 形成的焊道较为合适。
3.要有合适操作方法
单面焊双面成形工艺是采用较大的电流灭弧焊, 四层焊接, 打底层、填充层和盖面层采用相同的焊条直径, 熔池的温度和尺寸容易掌握, 不易产生夹渣、气孔、未熔合等缺陷, 总体焊接变形较小;另外焊接接头容易接上, 不易产生缺陷, 但操作不当也会产生缺陷, 要引起注意。
4.焊条与工件角度
焊接过程中, 焊条与工件纵向和横向的角度是保证单面焊双面成形打底焊接质量的关键, 需要特别注意。焊接横板时, 焊条与前进方向的夹角为60o~65o, 与工件后倾角为65o~70o, 填充层、盖面层时焊条角度为75o~80o, 与工件后倾角为70o~80o[2]。实验证明, 角度有较大的影响, 操作中应特别注意。
5.打底层
打底焊时, 焊接接头处用角磨机修磨成缓坡形状, 修磨时注意不要把坡口的边缘破坏, 致使根部间隙变宽, 增加打底焊焊接的困难。在竞赛过程中不允许使用角磨机修磨, 可以采用錾子把接头錾修出缓坡形状, 更换焊条时的接头, 焊条引弧应在坡口内接头的熔池进行预热焊接, 熔合良好, 并焊出熔孔, 才可以转入正常的断弧法焊接。如果热接头方法, 就要在较迅速准确熟练的情况下才使用。
四、横板单面焊双面成形操作
1.焊接加工过程
焊件加工准备:选用两块材质为Q235的低碳钢板, 焊件规格约为300 mm×250 mm×12 mm , 制备V型坡口, 按表1进行加工。
焊件的清理:用砂轮机清理坡口两面20 mm范围内的铁锈、氧化皮等污物, 直至露出金属光泽。
焊条与电 源 : 选用碱性 焊条 , 焊前经350℃~400℃烘焙1h, 保温2h, 然后放入焊条保温筒中备用。焊前要检查焊条质量, 焊接电源采用ZX7400焊机, 直流反接法。
装配及定位:定位焊点在两端坡口内侧距板边15~20 mm处向外边缘焊接, 采用E5015 (J507) 焊条定位焊点长度为15 mm, 焊透与正式焊时的质量并有足够的强度, 放置于焊接架上, 准备进行焊接。
2.焊接过程
横焊焊接工艺参数见表2, 重点是打底层焊接过程的运条、焊接角度调节及操作要领。
打底层的焊接:第一层打底焊采用间断灭弧击穿法。首先在定位焊点之前划擦引弧, 随后将电弧拉到定位焊点的尾部预热, 当坡口两侧钝边达到半熔化状态时, 将熔滴送至坡口根部, 并压一下电弧, 从而使熔化的部分定位焊缝和坡口钝边熔合成第一个熔池。当听到背面有电弧击穿“噗噗”声时, 立即灭弧, 这时就形成明显的熔孔。没有这个声音则表示未焊透。然后按先上坡口、后下坡口的顺序依次往复击穿灭弧焊。灭弧时, 焊条向后下方动作要快速、干脆利落。从灭弧转入引弧时, 焊条要接近熔池, 待熔池温度下降、颜色由亮变暗时, 迅速而准确地在原熔池的2/3上引弧焊接熔化两侧钝边, 再马上灭弧。如此反复地引弧-焊接-灭弧-引弧。焊接时要注意下坡口面击穿的熔孔始终超前上坡口面熔孔约为0.5~1个熔孔, (直径3 mm左右) , 每个新熔池覆盖前一个熔池2/3左右, 保持电弧的1/3部分在试件背面燃烧, 以加热和击穿坡口根部。短弧焊接, 灭弧频率也适当提高到每分钟60~70次, 可以有效地防止熔化金属下坠造成粘接, 出现熔合不良的缺陷。
在更换焊条灭弧前, 必须向熔池反复补充两三滴熔滴, 防止背面出现冷缩孔。然后将电弧拉到熔池的侧后方果断灭弧, 接头时, 在原熔池后面10~15 mm处引弧, 焊至接头熔孔处稍拉长电弧, 有手感把电弧往后轻压一下, 听到“噗噗”声后稍作停顿, 形成新的熔池后, 再转入正常的断弧法焊接。采用断弧焊方法完成打底层的焊接。坡口背面的焊缝缝余高为1.5~2 mm, 正面余高为2~3 mm。
填充层的焊接:填充层焊接采用多层多道 (共2层、5道) 焊接层次和顺序, 第一遍填充层为Ф3.2 mm焊条连弧堆焊2道;第二遍填充层, Ф3.2 mm焊条连弧堆焊3道而成。施焊时按照表2的参数调节好, 焊前仔细清理打底焊, 注意死角处的焊渣清理干净, 在距离焊缝始焊端10 mm左右处引弧, 将电弧拉回到始焊端进行焊接, 每次都应按此方法操作, 防止端部焊接缺陷的产生, 作小的椭圆形运条, 焊条与试板的下倾角为70°~80°。操作时下坡口应压住电弧为好, 不能产生夹角, 并熔合良好, 运条要均匀, 不能太快, 各焊道要平直, 焊缝光滑, 互相搭接2/3, 在铁水与熔渣顺利分离的情况下堆焊多些铁水让焊缝尽量厚些。较好的填充层表面为平整、均匀、无夹渣、无夹角, 最后一层焊缝厚度应低于母材1~1.5 mm, 不得熔化坡口棱角 (边) , 上、下坡口边缘平直, 无烧损, 以利于盖面层的焊接。
盖面层的焊接:盖面层焊接也采用多道焊 (分5道) , 有5焊道连续堆焊完成。施焊时第1道焊缝压住下边坡口边, 施焊速度稍快, 第2道压住第1道的1/2, 焊接速度比第1道慢些, 第3道压住第2道的2/3, 第4焊道压住第3焊道1/2, 焊速均匀些, 第5焊道压住第4焊道1/3, 焊接速度应稍快, 形成圆滑过渡的表面焊缝, 上、下坡口边缘各熔化1.5~2 mm为宜。注意中间层焊速慢些, 上、下坡口边缘焊道施焊时运条稍快些, 焊道细些、薄些, 利于焊缝与母材圆滑过渡, 成形良好。
五、焊缝质量
焊接后应按设计要求、有关标准对焊缝进行严格检查, 对焊缝外观、尺寸、表面及内部缺陷进行确认。外观及表面缺陷:表面完整性、弧坑、焊瘤;咬边、火口状态、表面气孔、表面裂纹等。尺寸:余高、宽度;焊缝长度、焊缝宽度。竞赛时X透视内部缺陷:裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔都由有透视质检资质单位进行。
六、应用
尽管焊接技术发展很快, 自动化程度也越来越高, 但手工电弧焊仍占有不可替代的地位。尤其在小直径容器和管道的焊接方面, 单面焊双面成形焊接技术的作用更突出, 与传统的焊接工艺相比, 具有效率高、容易控制、背面及正面成形优良、焊缝内部质量容易达到探伤的质量要求等优点。单面焊双面成形焊接技术应用于制造金属结构、制造金属零件或毛坯, 造船、锅炉压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备等制造维修行业中。
参考文献
[1]洪松涛, 胡宝良, 彭华.焊工常用技术手册[M].上海:上海科学技术出版社, 2009.
[2]范绍林.焊工操作技巧集锦100例[M].北京:化学工业出版社, 2008.
[3]刘纪国.浅谈单面焊双面成形操作技术[J].民营科技, 2012 (9) :71.
[4]范绍林.单面焊双面成形技术的操作 (一) [J].现代焊接, 2009 (6) :107-111.
[5]耿淑芳, 崔猛.焊条电弧焊单面焊双面成型的质量控制[J].黑龙江科技信息, 2012 (1) :65.
[6]齐景辉.关于钢板对接单面焊双面成型的探讨[J].黑龙江科技信息, 2014 (8) :124.
单面焊接双面成形 篇2
一、焊前准备
１.焊件加工
选用两块材质为Q235-A 低碳钢板，焊件规格为：长度300mm，宽度125mm，板厚10mm，制备V 型坡口，单边坡口角度30°±1°，坡口面应平直，钝边为1mm，焊件平整无变形。
２.焊件的清理
用锉刀、钢丝刷等工具，清理坡口两面20mm 范围内的铁锈、氧化皮等污物，直至露出金属光泽。
３.焊条及焊接电源
选用E4303焊条，直径为2.5mm、3.2mm。焊前须经150℃~200℃ 烘焙1小时，然后放入焊条保温筒中备用。，焊前要检查焊条质量，。焊接电源可采用BX1-330 或BX3-300交流弧焊机。
４.焊件装配及定位焊
采用连弧焊装配，一般坡口间隙可以定为：始焊端间隙为2.5mm, 终焊端为3.2mm，错变量应小于1mm，反变形角度为4°~6°。定位焊缝长度为10mm～15mm，焊接要牢固，特别是终焊端。
二、焊接工艺参数
所用焊接工艺参数应在推荐标准范围内（如下表）根据个人习惯自定，尤其是焊接电流，不能过大或过小。
三、焊接操作
1.引弧
在焊件的定位焊缝前端引弧，焊条沿焊接方向夹角成90°~100°，电弧稍作停顿，预热约1s~2s，迅速压低电弧做横向摆动，以定位焊点为依托做向上顶焊动作，待定位焊缝形成熔池。
2.打底焊
焊接电弧击穿坡口根部形成熔孔后，运用锯齿形运条方法做小幅度摆动，快速连弧焊接。为防止焊接过程中酸性熔渣流动的影响，应在运条过程中频频做向上推顶动作，以保持熔孔清晰可见。焊接时，焊条与焊接方向之间的夹角为80°～90°，与坡口两侧夹角为90°。
仰焊中除注意观察熔孔尺寸外，还要控制好焊接熔池的温度，控制熔池尺寸和温度的办法是在焊接过程中用焊接电弧顶压坡口根部，焊层要薄，使焊接电弧一半在坡口内侧燃烧，另外一半在坡口外侧燃烧，以此保证焊接质量。
3.收弧
收弧时，要将焊接电弧稍微向坡口内侧一端斜拉断弧，并及时在高温熔池上轻轻点焊两下，补充少许铁液，填满弧坑，即可完成收弧动作。
4.接头
仰焊时，应采用热接法。接头时，更换焊条要迅速，在前次焊接的熔池还保持红热状态时，立即引弧焊接。
5.填充层的焊接
填充层焊接之前要将打底焊层表面的焊渣和飞溅物清理干净。
焊条角度参照打底层焊接时的焊条角度。第一层填充电流可以适当增大，有利于消除焊趾处难以清除的熔渣。采用锯齿形运条方式，控制好焊条角度，短弧焊接，在焊缝两边要有足够的停留时间，以保证两侧融合良好，焊道平整。第二层填充焊缝更要控制好熔池形状，保证焊缝平整，使其高度距焊件母材表面0.5mm~1mm左右 ，尽量延长电弧在两边的停留时间使填充焊道中心稍凹。
6.盖面层的焊接
盖面焊接前应彻底将填充层的熔渣、飞溅清除干净。焊接时要压低电弧，控制好焊条角度，手把要稳。并注意熔池形状和温度，控制好电弧在坡口两边的停留时间，防止产生焊偏、咬边、未熔合等缺陷。接头时，更换焊条速度要快，保证接头到位，避免产生超高和脱节。
总之，利用手工焊条电弧焊进行单面焊双面成形操作时，为了得到优良的焊接接头，应做到以下几点：一是正确选择焊接工艺参数；二是注意观察、控制好熔孔大小、熔池温度和熔池形状；三是适时调整焊条角度、电弧长度；四是掌握好运条步伐、摆动幅度和在坡口两边的停留时间；五是眼到手到、不慌不乱。有了理论基础，加上勤于思考，通过不断的练习，相信我们每一名焊接操作者都能得到从外观尺寸到内部质量的优良焊缝。
单面焊接双面成形 篇3
关键词：单面焊双面成形,焊接工艺,比较
0引言
单面焊双面成形是焊工技术等级考试的重要内容之一,它和一般焊接工艺的要求不同,其操作难度大,质量要求也高,所以,如何确保单面焊双面成形,且焊接质量达到考试规定的具体要求,是广大参加考试的人们关心的问题。
1单面焊双面成形焊接工艺
所谓单面焊双面成形是指由于从背面无法铲除焊根,故要求在坡口一侧进行焊接,而且在焊接的正面、背面都能得到均匀、无缺陷的焊道。单面焊双面成形的焊接方法归纳起来基本上可分为2大类,即连续焊接法和断续灭弧法。
1.1 连续焊接法
连续焊接法操作技术比较简单,容易掌握,只要工艺参数选用得当,试件装配尺寸合理,一般都能使得焊缝背面成形比较理想。但是,由于这种焊接方法所选用的焊接电流小且焊接速度快,很容易造成坡口根部熔合不良。虽然有时也能够焊透,X光透视检查也能合格,但是,在做弯曲试验时,多数会发生不合格的现象,弯曲试验的合格率就更低。弯曲试验发现缺陷的位置大部分在熔合线上,分析其产生原因主要是单位面积焊缝上的热输入量小,这样透过背面的液态金属在半熔合情况下自行凝固造成“冷接”,因而熔合情况不理想。这种方法在实际生产中不经常被使用。
1.2 断续灭弧焊接法
所谓断续灭弧焊接方法主要是依靠不断地调整运条动作来控制熔池温度及熔池的几何尺寸,从而达到背面成形的目的。由于这种焊接方法的电弧穿透力强,能使坡口根部在熔池的前方形成一个熔孔,焊接所熔化的液态金属透过这一熔孔使坡口根部熔合在一起,形成一个新的整体熔池。只要操作得当,这种方法所焊出的试件既能保证熔合良好,又能达到背面成形美观的目的。
2不同焊接位置的焊接
焊接前应作如下准备:
(1)焊接材料:Q235或16Mn,规格300mm×125mm×12mm,2块,坡口面角度30o。
(2) 焊接电源:一般使用BX3系列的交流弧焊机。
(3) 焊条选择:E4303焊条,焊条直径为Φ3.2mm或Φ4.0mm,在100℃左右烘干1h,随用随取。
2.1 平对接焊接
2.1.1 平对接焊接工艺参数
平对接焊接工艺参数见表1。
2.1.2 平对接焊接操作技术要点
打底层焊接是单面焊双面成形的关键。第一层的运条方法采用直线往复式,也可以采用锯齿形的运条方法。不论采取哪种运条方式,焊接时都应准确地在焊缝中心位置上填充熔焊金属,并且随时观察熔池状态,保持熔池形状大小一致。调整熔孔的大小时要采用短弧焊接,焊条倾角为35o～50o,做逆向挑弧动作。如果熔池温度过高将引起背面下塌,严重时会出现焊瘤和焊缝超高,影响焊缝成形。焊接时熄弧与引弧的时间间隔要短,燃、熄弧节奏应控制在50次/min。若节奏过快,坡口根部焊不透;节奏过慢,熔池温度过高,焊件背面焊缝会超高(应控制在2mm以下),甚至出现焊瘤和烧穿现象。更换焊条时,熄弧不要过急,以防出现过大的弧坑,应将弧坑填满防止形成冷缩孔,将电弧向后面拉10mm左右再果断熄弧。接头时更换焊条的速度要快,一般要在熔池红热状态下引弧施焊,引弧点应该在焊接熔池后面10mm～15mm处的一侧划弧,电弧稳定燃烧后,立即将焊条运至熔池边缘加热熔池,并压低电弧,击穿熔池前沿,形成新的熔池后再正常焊接。
其余各层的焊接可以适当增大焊接电流,做到焊接速度均匀,焊缝在坡口内应圆滑过渡,每层的填充金属量应尽量保持一致,大于1.5mm。盖面焊的焊接电流应稍有降低,焊条倾角为85o～90o,运条采用锯条形或月牙形。无论哪种运条方法,都要求确保焊后的焊缝外形尺寸及焊缝表面成形美观。
2.2 立对接焊接
2.2.1 立对接焊接工艺参数
立对接焊接工艺参数见表2。
2.2.2 立对接焊接操作技术
第一层始焊引弧时,引弧点应对准坡口中心部位,焊条倾角为90o。先采用长弧预热坡口根部,当坡口根部达到半熔化状态时,要特别注意把焊条开始熔化的熔滴立即甩掉,勿使这些熔滴进入焊缝。然后立即压低电弧,使坡口根部形成一椭圆形的熔孔,这样第一个熔池便建立起来,开始向上运条施焊。此时焊条的下部角度变化为70o～80o。
由于铁水、熔渣因自重下垂形成焊瘤,所以焊接时应随时观察熔池的温度变化情况,控制熔孔的大小,一般熔孔的大小为焊条直径的2倍。熔孔过大,焊缝背面易出现焊瘤和焊缝超高;过小则会发生未焊透或焊透不够,也会造成背面焊缝缩孔。所以在焊接时应注意控制熔孔及熔池的温度变化,在运条时要注意使电弧吹及两侧坡口边缘及坡口根部。通过根部的熔孔,电弧便可吹向背面,使部分熔渣流向背面焊缝,用以保护焊缝根部,避免空气侵入形成气孔。
更换焊条时,要处理好熄弧动作。更换焊条前要在熔池的前沿断续点送1～3下,然后将焊条拉向斜下方坡口一侧迅速灭弧,以防止出现冷缩孔。快速更换焊条后,在坡口一侧的下方距熔孔10mm～15mm处引弧,将电弧拉长到弧坑处预热适当时间,并且作一稳弧动作后向坡口根部一压,以使熔滴送入熔窝根部,听到背面“扑扑”的击穿声,说明已经焊透,灭弧转入正常的左右击穿灭弧焊接,直到第一层打底层施焊完成。
其它各层的焊接可以适当增大焊接电流,一般运条方法采取锯齿形或三角形,无论哪一种运条方法都要在横向摆放时作两侧的稳弧动作,要做到两侧稳弧,中间快,最好使各层焊道表面成凹状。盖面焊时,焊接电流要小于填充焊时的电流,目的是防止焊道两侧的咬边或因熔池温度过高使铁水下垂形成焊瘤,达到焊接表面整齐、成形美观的要求。
3结束语
单面焊接双面成形 篇4
(一) 尺寸上的缺陷
包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。焊缝外表高低不平和波纹粗劣, 焊缝宽度不均匀、太宽或太窄, 焊缝余高过低或过高, 角焊缝焊脚尺寸不等都属于焊缝尺寸及形状不符合要求。这些缺陷不仅使焊缝成形不美, 而且容易造成应力集中, 影响焊缝与母材的结合强度。
(二) 结构上的缺陷
包括气孔、夹渣、非金属夹杂物、熔合不良、未焊透、咬边、裂纹、表面缺陷等。这些缺陷是焊接过程中最容易出现的缺陷。这些缺陷减弱了焊缝的有效面积, 降低了焊接接头的力学性能, 而且易造成应力集中, 引起裂纹, 导致结构破坏, 使焊接结构无法承受正常工作载荷。
(三) 性质上的缺陷
包括力学性能和化学性质等不满足焊件的使用要求的缺陷。力学性能指的是抗拉强度、屈服点、伸长率、硬度、冲击吸收功、塑性、疲劳强度、弯曲角度等。化学性质指的是化学成分和耐腐蚀性等。这些缺陷使焊缝结构无法达到设计要求的力学性能和化学性能。
二、单面焊双面成形质量差引起的问题
(一) 增加消耗, 降低结构的质量和使用寿命
焊接生产中, 优质的焊接质量可以满足设计要求, 保证结构的正常使用寿命。而一旦出现严重的焊接缺陷, 就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等。否则, 这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中, 降低结构的使用寿命。
(二) 焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁
单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中, 一旦有严重缺陷, 质量不合格, 焊件的焊补非常困难, 而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用, 使焊缝的缺陷产生应力集中, 加之焊缝的有效使用面积减小, 减弱了焊接接头的强度。轻则使产品的使用寿命受到影响, 重则导致焊缝断裂, 产品破坏, 酿成严重的事故。
三、单面焊双面成形焊接质量差的原因分析
(一) 焊接电源自身因素引起的焊接质量差
焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素。若焊接电源自身性能不好, 必然不会产生良好的焊件。当焊机的引弧性能差, 电弧燃烧不稳定, 就不能保证工艺参数稳定, 焊接过程就无法正常进行, 焊接质量就得不到保证。
用交流电源焊接时, 电弧稳定性差。采用直流电源焊接时, 电弧稳定、柔顺、飞溅少, 但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差, 通常必须采用直流弧焊电源。用小电流焊接薄板时, 也常用直流弧焊电源, 因为引弧比较容易, 电弧比较稳定。低氢型焊条用直流电源焊接时, 一般用反接, 因为反接的电弧比正接稳定。焊接薄板时, 焊接电流小, 电弧不稳定, 因此, 焊接薄板时, 不论是用碱性焊条还是用酸性焊条, 都选用直流反接。
(二) 工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响
1. 焊接电流。
焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量。焊接电流过大, 可以提高生产率, 并使熔透深度增加, 但易出现咬边、焊穿、增加焊件变形和金属飞溅量, 也会使焊接接头的组织由于过热而发生变化, 并增大气孔倾向。尤其在立焊操作时熔池难以控制, 易出现焊瘤, 弧长增加, 就会产生咬边。焊接电流过小, 使电弧不稳, 熔透深度减小, 易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷。
焊接电流应根据板件厚度、接头形式、焊接位置、焊接层数、焊条类形、焊条直径和焊接经验等因素综合考虑。对于一定直径的焊条有一个合适的焊接电流范围, 可参考表1选择。
2. 焊接速度。
焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数。合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要。焊接速度应该均匀适当, 既要保证焊透又要保证不焊穿, 同时还要使焊缝宽度和余高等符合设计要求。焊速过快, 使熔池温度不够, 易造成未焊透、未熔合、焊缝成形不良等缺陷。焊速过慢, 使高温时间长, 热影响区宽度增加, 焊接接头的晶粒变粗, 机械性能降低, 焊件的变形量增大, 同时焊速过慢还会使每层的厚度增大, 导致熔渣倒流, 形成夹渣等缺陷。
3. 电弧电压。
焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊缝质量稳定的重要因素。焊条电弧焊电弧电压主要由电弧长度决定的。电弧长度越大, 电弧电压越高, 电弧长度越短, 电弧电压越小。电弧过长对熔化金属保护差, 空气中的氧、氮等有害气体容易侵入, 使焊缝易产生气孔, 焊接金属的机械性能降低。但弧长也不易过短, 若弧长过短, 就会引起粘条现象, 且由于电弧对溶池的表面压力过大, 不利于溶池的搅拌, 使溶池中气体及溶渣上浮受阻, 从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生。
4. 焊接层数选择不当。
单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响。焊接层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定。可作如下近似估算:
n=δ/d (1)
式中:n为焊接层数;δ为焊件的厚度 (mm) ;d为焊条的直径 (mm)
对于低碳钢和强度等级较低的低合金钢的多层焊时, 每层厚度过大, 对焊缝金属的塑性 (主要表现在冷弯上) 有不利的影响, 且焊接过程中熔渣易倒流, 产生夹渣和未熔合等缺陷。但每层厚度也不易过小, 以免造成焊缝两侧熔合不良。
5. 焊条类形及焊条直径的影响。
焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定。因此, 焊条类形选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素。焊条直径的大小除了对生产率有一定的影响外, 对焊接质量也有一定的影响。焊条直径一般根据焊件的厚度选择:同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数, 对于重要的结构还要考虑焊接热输入的要求。在一般情况下, 焊条直径与焊件厚度之间的关系的参考数据, 见表2。
在板厚相同的条件下, 平焊位置的焊接所选用的焊条直径比其他位置大一些, 立焊, 横焊和仰焊应选用较细的焊条, 一般不超过4.0mm。第一层焊道应选用小直径焊条焊接, 以后各层可以根据焊件的厚度选用较大的焊条。T形接头、搭接接头都选用较大直径的焊条。
(三) 操作因素
在焊接生产过程中, 焊工的单面焊双面成形操作技术水平低, 就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练, 这是造成焊缝质量差的重要原因之一。焊前对工件上的油、锈、水分清理不严格, 焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用, 会促使焊缝产生大量的气孔, 从而使焊接缝质量达不到要求。
四、防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施
(一) 作好焊前准备
焊前应对焊机进行试焊, 确认焊机的引弧性能和稳定性能好, 工艺参数的调节方便、灵活、方可使用。工件应开Y形的坡口, 钝边的尺寸一般选在0.5~1.0 mm之间, 坡口边缘20mm以内处用磨光机打磨, 并将表面的铁锈、油污等清除干净, 露出金属光泽。锅炉压力容器及重要结构的焊接一律采用碱性焊条, 打底层焊接应选择直径3.2 mm的焊条, 中间层和盖面层可选用4mm的焊条, 并对焊条进行400℃烘干, 保温2~4h。使用时需要将焊条放在保温筒内, 随用随取。焊条在炉外停留时间不得超过4h, 且反复烘干次数不能多于三次, 药皮开裂和偏心度超标的焊条不得使用。
(二) 焊接操作
1. 选择合适的工艺参数。
焊条电弧焊的工艺参数通常包括:焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中不可忽视的一个重要问题。焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、焊接层数、焊条类形、焊条直径和焊接经验进行选择, 保证所选择的电流不易造成焊缝咬边、烧穿、夹渣、未焊透等缺陷。焊接过程中应尽量选择使用短弧焊接, 立焊、仰焊时比平焊更短些, 以利于熔滴过度, 防止熔化金属下滴, 碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些, 以利于电弧的稳定, 以避免咬边、未焊透、气孔等缺陷的产生。焊速应合适, 不宜过慢, 以每层厚度不大于4-5mm为宜, 以避免高温停留增长, 影响焊缝的机械性能, 但焊速也不宜过快, 以免造成未溶合、未焊透等缺陷。焊接速度直接影响生产率, 所以应该在保证焊缝质量的基础上采用较大的焊条直径和焊接电流, 同时根据具体情况适当加快焊接速度, 以提高焊接生产率。对重要构件要采取焊前先预热、焊后缓冷等措施, 以避免冷裂纹的产生。焊接参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。采用小的焊接参数, 如降低焊接电流, 增大焊接速度等, 都可以减小热影响区的尺寸。采用小的焊接参数也可防止过热组织生成和晶粒细化。
2. 焊工技术水平。
单面焊接双面成形 篇5
该装置的主要设备是集成装置本体, 主要由分离缓冲段和加热段两部分组成。其中分离缓冲段为压力容器, 加热段为常压锅炉。两段之间及两端全部采用平封头连接, 平封头厚度为16mm, 筒体直径为1600mm, 坡口形状为单边V型, 且分离缓冲段平封头焊接形式设计要求为全焊透型式, 焊缝无损检测要求为UT =100% (超声波) , 合格级别为Ⅰ级。接头型式如右图。
对于这种平封头与筒体组焊的 (T型带坡口) 全焊透焊接接头型式, 通常最普遍采用的有四种焊接工艺方案:一是全部采用GTAW焊接完成;二是采用GTAW打底焊+SMAW填充盖面;三是采用SMAW双面焊接, 但背面需要清根后焊接完成;四是采用SMAW单面焊双面成型。
通过对这四种焊接工艺方案进行综合分析, 其中前三种焊接工艺方案均能突出表现其很容易达到全焊透要求的特点, 焊接质量也能够得到保证, 焊缝成型也比较美观, 但均存在不同程度的不足:焊接效率较低, 其中方案一最低, 方案二、方案三相对较高, 焊工劳动强度较大, 焊接成本较高。方案四采用SMAW单面焊双面成型, 表现出其焊接效率高、焊工劳动强度较小、焊接成本相对较低, 但这种方案一般用于对接焊缝的全焊透型式和T型 (对接焊缝+角焊缝) 混合焊缝的非全焊透型式, 对于T型带坡口全焊透型式采用SMAW单面焊双面成型这种技术的应用还不是很成熟, 目前行业内很少采用, 通常采用第三种方案。主要是由于对焊工的焊接技术水平要求较高、背面不容易焊透、焊接缺陷较多, 焊工对这种技术的掌握程度不一致, 焊缝质量难以保证。
为了能提高焊接效率、减轻焊工劳动强度、降低焊接成本, 最终达到高效成产的目的。我们决定对筒体与平封头焊接 (T型带坡口全焊透型式) 采用SMAW单面焊双面成型的焊接工艺方案进行深入研究, 首先从提高操作人员思想意识做起;其次从筒体下料和成型尺寸、平封头坡口加工、筒体与平封头组装等环节提高焊件加工尺寸精度, 其三从焊件结构条件、焊接材料、焊接设备、焊工技术水平、焊接经验技巧、焊接工艺参数等方面考虑, 探索出最佳的焊接工艺技术方案, 从而突破筒体与平封头焊接采用SMAW单面焊双面成型的焊接难题, 并使这种焊接工艺方案在焊接T型带坡口全焊透型式时, 能够得到广泛应用。
2 研究分析影响SMAW单面焊双面成型的多方因素
(1) 接头结构条件限制, 本接头是将直径为1594mm的平封头组装于长度为8000mm筒体中心位置, 焊工操作位置受到限制, 必须采用立焊或横焊, 且施焊时视觉范围不能正对坡口角度方向和观察坡口底部, 只能在侧面约30°～45°位置施焊, 很难实现焊缝的全焊透。
(2) 筒体下料和成型尺寸, 由于筒体的最终成型尺寸是决定焊缝坡口尺寸的重要因素之一, 当封头外圆尺寸确定后, 在筒体下料尺寸偏差过大时, 必然会对筒体滚圆造成一定影响, 造成筒体实际尺寸与工艺要求偏差过大, 最终导致实际焊缝坡口尺寸与工艺要求尺寸不符, 焊接质量和成型效果难以控制。
(3) 平封头坡口设计加工尺寸, 同样是决定焊缝坡口尺寸的重要因素之一, 当筒体成型尺寸符合工艺加工要求时, 平封头外圆加工尺寸偏差过大对焊缝坡口间隙造成影响, 需精确加工;同时, 由于接头结构条件限制, 造成施焊难度增大, 在坡口角度和钝边加工时也应精确化、合理化。
由于平封头厚度为16mm, 对于这种单面焊双面成型的T型接头, 从焊接应力方面考虑, 单面坡口角度约大, 坡口越深, 造成的焊接应力越大, 会引起平封头向坡口方向收缩变形。筒体在坡口方向一侧由直径方向向中心收缩变形, 使筒体外形尺寸受到严重影响。
(4) 焊工的责任心, 若焊工的责任心不强必然导致焊接质量低下, 这要求我们在平时的生产当中, 加强对焊工质量意识的培训, 并从不同方面促进和鼓励全体焊工对焊接质量的认识, 提高施焊的责任心。
(5) 焊条直径选用, 由于加热段为压力容器部分, 按压力容器行业规定应选用J507R碱性焊条, 对于这种接头结构, 碱性焊条存在流动性差、需短弧操作、脱渣效果不好、成型效果差、焊接烟尘大等不利因素, 所以选择好焊条直径, 将不利因素控制在最小是关键。
(6) 控制焊接工艺参数, 根据焊条直径, 核算焊接线能量, 调整确定好焊接电流、电压、速度的数值, 并从焊接技术要求方面进行调整, 将线能量控制在最佳状态, 避免产生焊接变形量大、多处焊瘤及未焊透装态, 以保证焊接接头质量。
(7) 焊缝收缩量和焊接应力, 对这种结构必然会产生焊接收缩量和焊接应力, 在焊条直径、焊接线能量、焊接温度受到控制后, 通过调整焊接层次顺序将焊接收缩量和焊接应力降为最小化。
(8) 焊接设备, 我中心目前所用设备为ZX7-400ST, 属SMAW和GTAW两种焊接方式共用的设备, 完全能够满足焊接这种结构。
(9) 焊工技术水平, 对于每一道焊缝, 焊工自身的技术水平对焊缝的质量起到非常重要的作用, 但我中心能够在这个设备上施焊的焊工均取得了压力容器焊工证多年, 完全可以胜任这项任务。
(10) 焊接经验技巧, 对每一位焊工都有各自焊接这种接头的技巧, 但对于这个特殊的结构, 我们应从中提取, 最终确定出一个最方便又能保证其焊接质量的焊接技法。
通过对各方面因素分析后, 根据我中心实际条件, 最终确定:①筒体下料和成型尺寸;②平封头坡口设计及加工;③筒体与平封头组装坡口间隙与点固点控制;④焊条直径选用;⑤焊接工艺参数;⑥焊缝收缩量和焊接应力;⑦焊接经验技巧;这七方面因素对焊缝质量起决定性作用, 针对这些因素我们制定了相应的实施方案。
3 制定了初步方案
3.1 焊件加工工艺方案
(1) 筒体下料和成型尺寸做精细化要求。
筒体下料由原始的自动火焰气割机改为数控火焰气割割下料, 尺寸要求展开长5058±0.5mm, 对角线偏差≤1.5mm。筒体划线完成后, 由操作人员按工艺要求尺寸进行自检、互检, 填写传递卡, 合格后报检验员, 由检验员签字认可后方可下料。
筒体在滚圆后组对时要求对口错边量为1.5mm, 棱角度为2mm, 椭圆度为10mm, 平封头组装位置的两侧将筒体内焊缝余高修磨至与母材齐平, 操作人员按工艺流程要求进行自检、互检, 填写传递卡, 合格后报检验员, 由检验员签字认可后方可进行下一道工序, 对不符合要求时, 应及时处理。
(2) 平封头坡口设计加工做精确化要求。
平封头下料同样由原始的自动火焰气割机改为数控火焰气割下料, 要求下料尺寸为φ1598±2mm, 对平封头下料造成的变形量进行调平至最小化, 然后进行车床加工外圆及坡口, 外圆尺寸要求为φ1594±0.2。
因设备结构条件限制, 焊工操作位置不能到达与焊缝正对位置, 只能采用立焊或横焊, 在侧面约30°～45°位置施焊, 根据这种结构采用U型坡口型式焊接较为方便, 但加工工艺较V型复杂, 且U型坡口型式对较薄筒体产生的焊接变形大, 所以将坡口确定为V型, 角度45°±2°, 坡口钝边1±0.2mm, 加工工艺简单变形量也相对较小, 也为焊工调整焊条角度提供便利, 有力保证了整个焊缝达到全焊透效果。加工完成后, 由操作人员按工艺要求尺寸进行自检、互检, 填写传递卡, 合格后报检验员, 由检验员签字认可后方可组装。
(3) 筒体与平封头组装做间隙均匀化和点固点明确化要求。
因筒体在制造时很难避免会出现一定标准范围的椭圆度, 但筒体与平封头的组对要求间隙偏差精确到0.5～1mm, 所以要求将整个筒体撑圆, 使椭圆度均匀分布在整个圆周后点固, 每个点固点长度约20mm, 两个点固点间隔长约190mm, 且要求点固点应焊透。经检验员或焊接工艺员确认后方可进行施焊。
3.2 焊接工艺技术方案
(1) 选择合理的焊条直径施焊。
根据焊接结构条件、坡口型式尺寸、焊接质量要求综合考虑, 在第一层采用J507R φ3.2小直径焊条打底, 主要目的是使焊条能够伸到坡口底部, 且具有一定熔合范围内的摆动距离, 使得焊接穿透效果比较强, 其次焊接温度较低, 产生的焊接应力较小;在第二～四层采用J507R φ4的焊条填充, 主要是在保证焊接变形量最小条件下, 提高焊接效率;第五～六层采用J507R φ5的焊条盖面, 由于填充层已将焊接变形基本控制, 所以在盖面层, 主要是最大程度提高焊接效益。
(2) 选择合理的焊接工艺参数。
从经济效益、生产效率和工人劳动强度方面考虑, 在打底层用J507R φ3.2的焊条, 焊接电流为110～130A, 电压为22～24V, 在保证完全焊透的同时进行快速焊。
第二～四层采用J507R φ4 的焊条填充, 焊接电流为150～180A, 电压为22～24V, 在保证完全熔合的同时快速焊, 以保证焊接变形量最小。
第五～六层采用J507R φ45的焊条填充, 焊接电流为200～230A, 电压为22～24V, 在保证完全熔合的同时快速焊, 以保证焊接变形量最小。
(3) 根据焊缝收缩量和焊接时拉应力的方向确定焊接层次顺序。
因坡口为单边V型坡口, 且角度为45°, 从焊接应力方向考虑, 在越靠近坡口最大位置, 焊接应力为最大, 所以采用将第一层打底焊完成后, 点固焊接加强筋, 对平封头刚性固定, 防止变形, 避免平封头坡口底部产生大量的拉应力;然后施焊第二～六层, 使焊脚成6mm的焊脚即可。同时在焊接时我们采用各层对称焊、分段焊, 将整个焊缝分为约16段进行对称焊, 并要求在每一层焊完后, 将温度控制在200℃以下再焊接下一层, 避免因热应力引起的变形。具体按焊接顺序号示意图施焊。
(4) 焊接经验技巧要求, 在焊接时将焊条与筒体之间角度控制在约30°位置, 将焊条夹持角度控制在75°～90°之间或将焊条施焊角度控制在75°～90°之间;在运条时, 不应在封头坡口处停留时间过长, 应将电弧在筒体侧停留时间稍长些, 避免出现较多焊瘤;在每根焊条的焊接接头处, 重新接焊时应接焊约10mm, 且应在接头末端停留时间稍长, 以保证完全焊透。
4 初步方案效果检查并对存在问题进行分析
按照初步方案施焊一道焊缝, 通过对外观检查及超声波检测发现, 整道焊缝累计长约27% (累计长度1375mm) 部位存在缺陷 (平封头与筒体环向焊缝总长约5050mm) 。不同性质缺陷比率分别为:焊条接头内凹占40%, 未焊透占20%, 焊瘤占10%, 未熔合占5%, 夹渣占15%, 气孔占5%。由于焊接一次合格率偏低, 造成返修工作量大, 返修困难, 同时对人力、物力及工期均造成很大浪费, 很难满足今后该装置的大批量生产任务。所以焊接一次合格率还需要进一步提高, 现针对不同缺陷性质及存在位置分析存在的原因:
(1) 内凹、未焊透:焊接线能量偏小;焊缝组对间隙偏小;接头位置运条停留时间稍短;焊接经验技术不足;
(2) 焊瘤:运条时停留时间稍长;焊缝组对间隙过大;
(3) 未熔合:立焊时熔合不完全造成层间未熔;
(4) 夹渣:层间清理不彻底;施焊角度限制、运条不均匀造成脱渣不净;
(5) 气孔:起弧时电弧稍高、焊缝内残留杂质。
5 优化初步焊接技术方案
通过对不同缺陷性质进行综合分析, 我们对初步方案进行了局部调整, 首先对坡口加工角度由45°改为40°, 焊条直径由J507Rφ3.2改为J507Rφ4.0, 在保证焊接条件的同时, 降低焊接工作量和焊接成本, 从而提高生产效率;其次在焊接线能量不变的条件下, 适当调整焊接工艺参数, 增强熔池的熔合速度, 保证接头能够全焊透;最后在焊接经验技术方面, 在每根焊条的焊接接头处, 重新接焊时应在接头末端尽可能压低电弧并稍做停留后然后将电弧拉高至正常施焊位置, 同时在最后收弧时也应压低电弧稍做停留, 以保证整道焊缝达到检测一次合格的要求。
6 优化后焊接技术方案最终效果
按照优化初步焊接技术方案施焊一道焊缝, 经外观检查及超声波检测, 整道焊缝累计长约4.35% (累计长度220mm) 部位存在缺陷, 总体分布在三处, 其中未焊透2处, 夹渣1处, 焊接一次合格率已由原来的73%提高为 (5050-220) ÷5050×100%=95.6%, 经过全年大量对这结构的施焊, 最终熟练掌握了这一技术, 焊接一次合格率也达到了100%, 使焊接效率和焊接质量同时得到提高, 从而为公司创造了很大的经济效益, 同时在焊接技术方面也积累了成功的技术资料, 为焊接技术的发展做出了微薄的贡献。
参考文献
[1]中国机械工程学会焊接学会编《焊接手册》 (1) 焊接方法与设备.
[2]上海市焊接学会编《现代焊接生产实用手册》.