單面焊雙面成型的焊接質量差原因及防止措施

                                       單面焊雙面成型的焊接質量差原因及防止措施

0　引　言
　　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. 尤其在小直徑容器和管道的焊接方面,單面焊雙面成形焊接技術的作用更顯突出. 優質的單面焊雙面成形焊接的焊縫表面應圓滑過渡至母材,表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷,焊縫內部同樣不允許有缺陷.但焊接過程中由於設備、材料、工藝及操作等原因,使得形成的焊縫達不到質量要求,從而對結構的工作質量和使用壽命產生嚴重的影響.
1　單面焊雙面成形質量差引起的問題
1. 1　增加消耗,降低結構的質量和使用壽命
　　焊接生產中,優質的焊接質量可以滿足設計要求,保證結構的正常使用壽命. 而一旦出現嚴重的焊接缺陷,就會增加板材、焊材、電力及人力的消耗等. 否則,這些缺陷在使用過程中會引起嚴重的應力集中,降低結構的使用壽命.
1. 2　焊接缺陷會給結構的安全生產帶來威脅,引起安全事故
單面焊雙面成形焊接主要用於鍋爐及壓力容器等重要構件的焊接生產中, 一旦有嚴重缺陷,質量不合格,焊件的焊補非常困難,而且在生產過程中受各種交變載荷及壓力的作用,使焊縫的缺陷產生應力集中,加之焊縫的有效使用面積減小,減弱了焊接接頭的強度. 輕則使產品的使用壽命受到影響,重則導致焊縫斷裂,產品破壞,釀成嚴重的事故.單面焊雙面成型的焊接質量差原因及防止措施
摘　要:單面焊雙面成型的焊接質量受到了焊接設備、焊材工藝流程、操作技術水平的限制. 通過分析造成質量差的原因,提出了相應的防止措施,對單面焊雙面成型的作業具有指導作用.
關鍵詞:單面焊雙面成型; 焊接;質量;原因;措施

0　引　言
　　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. 尤其在小直徑容器和管道的焊接方面,單面焊雙面成形焊接技術的作用更顯突出. 優質的單面焊雙面成形焊接的焊縫表面應圓滑過渡至母材,表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷,焊縫內部同樣不允許有缺陷.但焊接過程中由於設備、材料、工藝及操作等原因,使得形成的焊縫達不到質量要求,從而對結構的工作質量和使用壽命產生嚴重的影響.
1　單面焊雙面成形質量差引起的問題
1. 1　增加消耗,降低結構的質量和使用壽命
　　焊接生產中,優質的焊接質量可以滿足設計要求,保證結構的正常使用壽命. 而一旦出現嚴重的焊接缺陷,就會增加板材、焊材、電力及人力的消耗等. 否則,這些缺陷在使用過程中會引起嚴重的應力集中,降低結構的使用壽命.
1. 2　焊接缺陷會給結構的安全生產帶來威脅,引起安全事故
單面焊雙面成形焊接主要用於鍋爐及壓力容器等重要構件的焊接生產中, 一旦有嚴重缺陷,質量不合格,焊件的焊補非常困難,而且在生產過程中受各種交變載荷及壓力的作用,使焊縫的缺陷產生應力集中,加之焊縫的有效使用面積減小,減弱了焊接接頭的強度. 輕則使產品的使用壽命受到影響,重則導致焊縫斷裂,產品破壞,釀成嚴重的事故.

2　單面焊雙面成形焊接質量差的原因分析
2. 1　焊接電源自身因素引起的焊接質量差
　　焊接電源是焊接工藝執行過程中最重要的因素. 若焊接電源自身性能不好,必然不會產生良好的焊件. 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.
2. 2　工藝因素對單面焊雙面成形焊接質量的影響
2. 2. 1　焊接電流
　　焊接電流大小選擇恰當與否直接影響到焊接的最終質量. 焊接電流過大,可以提高生產率,並使熔透深度增加,但易出現咬肉、焊瘤等缺陷,並增大氣孔傾向. 尤其在立焊操作時熔池難以控制,易出現焊瘤,弧長增加,就會產生咬邊. 焊接電流過小,熔透深度減小,易出現未焊透、熔合不良、夾渣、脫節等缺陷.
2. 2. 2　焊速
　　焊接速度是表征焊接生產效率的主要參數. [ 3 ] (p168)合理選擇焊接速度對保證焊接質量尤為重要. 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,焊件的變形量增大,同時焊速過慢還會使每層的厚度增大,導致熔渣倒流,形成夾渣等缺陷.
2. 2. 3　電弧電壓
　　焊接過程中合理的控制電弧長度是保證焊接縫質穩定的重要因素. 電弧過長對熔化金屬保護差,空氣中的氧、氮等有害氣體容易侵入,使焊縫易產生氣孔,焊接金屬的機械性能降低. 但弧長也不易過短,若弧長過短,就會引起粘條現象,且由於電弧對溶池的表面壓力過大,不利於溶池的攪拌,使溶池中氣體及溶渣上浮受阻,從而引起氣孔、夾渣等缺陷的產生.
2. 2. 4　焊接層數選擇不當
　　單面焊雙面成形焊接層數的選擇對焊縫質量也有一定的影響,每層厚度過大,對焊縫金屬的塑性有不利的影響,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.
2. 2. 5　焊條類型及焊條直徑的影響
　　焊縫金屬的性能主要由焊條和焊件金屬相互熔化來決定. 因此, 焊條類型選擇恰當與否是影響焊縫質量的重要因素. 焊
條直徑的大小除了對生產率有一定的影響外,對焊接質量也有一定的影響. 焊條直徑過大,在進行打底層焊接和立焊焊接時
熔池難以控制, 易產生焊瘤等缺陷.
2. 3　操作因素
　　在焊接生產過程中,焊工的單面焊雙面成形操作技術水平低,就意味著打底層的運條方法、焊條角度、接頭方法、中間層及蓋面層的運條方法、接頭、收尾等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.
　　焊前對工件上的油、鏽、水分清理不嚴格,焊條未經烘幹處理或烘烤溫度不夠而投入使用,會促使焊縫產生大量的氣孔,
從而使焊接縫質量達不到要求.

手弧焊單面焊雙面成型技巧和要領

單面焊雙面成形技術是焊條電弧難度較大的一種操作技術，熟練掌握操作要領和技巧才能保證焊出內外質量合格的焊縫與試件。
以斷弧焊為例，要掌握好焊條電弧焊單面焊雙面成形操作技術，必須熟練掌握“五種要領”，具體內容：看、聽、准、短、控。還應學會“六種技巧”具體內容：點固，起頭，運條，收弧，接頭，收口。
一、五要領
1、看
焊接過程中，認真觀察熔池的形狀，熔化的大小及鐵液與熔渣的分離情況，還應注意觀察焊接過程是否正常（如偏弧、極性正確與否等），熔池一般保持橢圓形為宜（圓形時溫度已高），熔孔大小以電弧將兩側鈍邊完全熔化並深入每側0.5-1㎜為好，熔孔過大時，背面焊縫餘高過高，易形成焊瘤或燒穿。熔孔過小時，容易出現未焊透或冷接現象（彎曲時易裂開）焊接時一定要保持熔池清晰，熔渣與鐵夜要分開，否則易產生未焊透及夾渣等缺陷，當焊條接過程中出現偏弧及飛濺過大時，應立即停焊，查明原因，采取對策。
2、聽
焊接時要注意聽電弧擊穿坡口鈍邊時發出的“噗噗”聲，沒有這種聲音，表明坡口鈍邊未被電弧擊穿，如繼續向前焊接，則會適成未焊透，熔合不良缺陷。
3、准
送給鐵液的位置和運條的間距要准確，並使每個熔池與前面熔池重疊2/3，保持電弧1/3部分在溶池前方，用以加熱和擊穿坡口鈍邊，只有送給鐵液的位置准確，運條的間距均勻，才能使焊縫正反面形均勻、整齊、美觀。
4、短
短有2層意思，一是指滅弧與重新引燃電弧的時間間隔要短，就是說每次引弧時間要選在熔池處在半凝固熔化的狀態下（通過護目玻璃能看到黃亮時），對於兩點擊穿法，滅弧頻率大體上50～60次/㏕為宜，如果間隔時間過長，熔池溫度過低，熔池存在的時間較短，冶金反應不充分，容易造成夾渣、氣孔等缺陷。時間間隔過短，溶池溫度過高，會使背面焊縫餘高過大，甚至出現焊瘤或燒穿；二是指焊接時電弧要短，焊接時電弧長度等於焊條直徑為宜。電弧過長，一是對熔池保護不好，易產生氣孔；二是電弧穿透力不強，易產生未焊透等缺陷；叁是鐵液不易控制，不易成形而且飛濺較大。
5、控
  “控”，是在“看、聽、准、短”的基礎上，完成焊接最關鍵的環節。
①控制鐵液和溶渣的流動方向
焊接過程中電弧要一直在鐵液的前面，利用電弧和藥皮熔化時產生的氣體定向吹力，將鐵液吹向溶池後方，既能保證熔渣與鐵液很好地分離，減少產生夾渣和氣孔的可能性，當鐵液與溶渣分不清時，要及時調整運條的角度（即焊條角度向焊接方向傾斜），並且要壓低電弧，直至鐵液和熔渣分清，並且兩側鈍邊熔化0.5-1㎜缺口時方能滅弧，然後進行正常焊接。
②控制溶池的溫度和熔孔的大小
焊接時熔池形狀由橢圓形向圓形發展，熔池變大，並出現下塌的感覺，如不斷添加鐵液，焊肉也不會加高，同時還會出現較大的熔孔，此時說明熔池溫度過高 ，應該迅速熄弧，並減慢焊接頻率（即熄弧的時間長一些），等熔池溫度降低後，再恢複正常的焊接。
在電弧的高溫和吹力的作用下，試板坡口根部熔化並擊穿形成熔孔，施焊過程中要嚴格控制熔池的形狀，盡量保持大小一致，並隨時觀察熔池的變化及坡口根部的熔化情況。
熔孔的大小決定焊縫背面的寬度和餘高，通常熔孔的直徑比間隙大1-2㎜為好，焊接過程中如發現熔孔過大，表明熔池溫度過高，應迅速滅弧，並適當延長熄弧的時間，以降低熔池溫度，然後恢複正常焊接，若熔孔太小則可減慢焊接速度，當出現合適的熔孔時方能進行正常焊接。
③控制焊縫成形及焊肉的高低
影響焊縫成形，焊肉高低的主要因素有：焊接速度的快慢，熔敷金屬添加量（即燃弧時間的長短）、焊條的前後位置，熔孔大小的變化、電弧的長短及焊接位置等。一般的規律是：焊接速度越慢，正反面焊肉就越高；熔敷金屬添加量越多，正反面焊肉就越高；焊條的位置越靠近熔池後部，表面焊肉就越高，背面焊肉高度相對減少；熔孔越大，焊縫背面焊肉就越高；電弧壓得越低，焊縫背面焊肉就越高，否則反之。在仰焊位，仰立焊位時焊縫正面焊肉易偏高，而焊縫背面焊肉易偏低，甚至出現內凹現象。平焊位時，焊縫正面焊肉不易增高，而焊縫背面焊肉容易偏高。
仰焊位焊縫背面焊肉高度達到要求的方法是利用超短弧（指焊條端條伸入到對口間隙中）焊接特性。同時還應控制熔孔不宜過大，避免鐵液下墜，這樣才能使焊縫背面與母材平齊或略低，符合要求。
通過對影響焊肉高低的各種因素的分析，就能利用上述規律，對焊縫正反面焊肉的高度進行控制，使焊縫成形均勻整齊，特別是水平固定管子焊接時，控制好焊肉的高低尤為重要。
二、六技巧
①點固技巧
　　試件焊接前，必須通過點固來進行定位，板狀試件（一般長300㎜）前後兩端點固進行定位，φ≤57㎜的管狀或管板試件點固1點進行定位，φ＞60㎜點固2點進行定位，定位焊縫長度為10～15㎜為宜。
　　由於定位焊縫是正式焊縫的一部分，要求單面焊雙面成形，並且不得有夾渣、氣孔、未焊透、焊瘤、焊肉超高或內凹超標等缺陷。所采用的焊條牌號、直徑、焊接電流與正式焊接時相同。板狀及管板試件一般可以在平焊位進行點固，水平固定管一般采用立爬坡位進行點固，垂直固定管一般采用本位（橫焊位）進行點固。用斷弧打底焊接時，各類試件裝配尺寸見表1。
試件裝配尺寸

②起頭技巧
管狀或管板試件起頭時有一定的難度，因沒有依靠點（不許在點固處起弧），操作不好易出問題，水平固定管和水平固定管板起頭點應選在仰焊位越過中心線5～15㎜處，垂直固定管和垂直固定管板起頭選在定位點的對面（垂直固定大管起頭選在兩定位點對面即第3等分點），不論管狀還是板狀試件，引弧先用長弧預熱3～5S，等金屬表面有“出汗珠”的現象時，立即壓低電弧，焊條做橫向擺動；當聽到電弧穿透坡口而發出“噗噗”聲時，同時看到坡口鈍邊熔化並形成一個小熔孔（形成第1個熔池）表明已經焊透，立即滅弧，形成第1個焊點，此時，起頭結束。
③運條技巧
運條是指焊接過程中的手法，即焊條角度和焊條運行的軌跡。平焊、立焊、仰焊時焊條角度（焊條與焊接方向的夾角）一般為60°～80°。橫焊和垂直固定管（橫管）焊接時焊條角度一般為60°～80°，與試件下方呈75°～85°。垂直固定管板焊條與管切線夾角為60°～70°，焊條與底板間的夾角為40°～50°。水平固定管和水平固定管板由於焊位的不斷變化，焊條角度也隨之進行變化。仰焊時的焊條角度（焊條與管子焊接方向之間的夾角）為70°～80°。仰立焊時焊條角度為90°～100°，立焊時焊條角度85°～95°，坡立焊時焊條角度為90°～100°，平焊時焊條角度為70°～80°。而水平固定管板焊條與底板夾角為40°～50°。
平焊、立焊、仰焊、水平固定管及垂直、水平固定管板焊接時焊條運行的軌跡大多采取左右擺動（鋸齒形運條），可采取左（右）引弧，右（左）滅弧，再右（左）引弧，左（右）滅弧，依次循環運條，或左（右）引弧運條至右（左）側再運條回到左（右）側滅弧，依次循環運條。橫焊和垂直固定管運條方式，一般采用斜鋸齒或橢圓形。從坡口上側引弧到坡口下側滅（熄）弧，再從坡口上側引弧到坡口下側滅弧，依次運條。
④收弧技巧
當一根焊條焊完，或中途停焊而需要熄弧時，一定注意作收弧動作，焊條不能突然離開熔池，以免產生冷縮孔及火口裂紋，收弧的方法有3種：
第1種為補充熔滴收弧方法，即收弧時在熔池前方做一個熔孔，然後滅弧，並向熔池尾部送2～3滴鐵液，主要目的是減慢池的冷卻速度。避免出現冷縮孔，該種收弧方法適用於酸性藥皮焊條。
第2種叫衰減收弧法，即：要收弧時，多給一些鐵液，並做一個熔孔，然後把焊條引至坡口邊緣處熄弧，並沿焊縫往回點焊2-3點即可。這樣收弧處焊肉較低，為熱接頭帶來方便（接頭一般不用修磨），此法收弧一般不易產生冷縮孔，可用於酸性藥皮焊條，在焊接生產中常用此法，以利於接頭。
第3種方法叫回焊收弧法，收弧時焊條向坡口邊緣回焊5～10㎜（即向焊接反方向坡口邊緣回焊收弧），然後熄弧，該種收弧方法適用於堿性藥皮焊條。
5、接頭技巧（熱接法、冷接法）
熱接法：收弧後，快速換上焊條，在收弧處尚保持紅熱狀態時，立即從熔池前面迅速把電弧拉到收弧處用連弧（作橫向鋸齒形運條）進行焊接，焊至熔孔處電弧下壓，當聽到電弧熔化坡口鈍邊時發出的“噗噗”聲後，立即滅弧，轉入正常斷弧方法進行焊接，熱接法的要領必須是更換焊條動作要迅速，運條手法一定要熟練和靈活。
冷接法：引弧前把接頭處的熔渣清理幹淨，收弧處過高時應進行修磨形成緩坡，在距弧坑約10㎜處引弧，用長弧稍預熱後（堿性焊條可不預熱）用連弧作橫向擺作，向前施焊至弧坑處，電弧下壓，當聽到電弧擊穿坡口根部發出“噗噗”聲後，即可熄弧進行正常的焊接，冷接法的優點是：當收弧處有縮孔或焊肉過厚時可進行修磨，保證接頭質量，同時操作難度也比熱接法時小一些，但焊接效率沒有熱接法高。
6、收口技巧
收口也叫收尾，是指第1層打底焊環形焊縫首（頭）尾相接處，也包括與點固焊縫相連接處，當焊至離焊縫端點或定位點固焊縫前端3-5㎜時，應壓低電弧，用連弧焊接方法焊至焊縫並再超過3-5㎜後熄弧，如果留的未焊縫過長，采用連弧焊接就會造成熔孔過大而出現焊瘤和燒穿等缺陷，如果留的未焊縫過短，再用連弧焊進行焊接為時已晚，極易造成收口處未焊透等缺陷。所以收口時所留的未焊焊縫長度要合適，操作技巧要熟練，才能保證接頭收口的質量。