单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施

                                       单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施

0　引　言
　　焊接技术是一门重要的金属加工技术, 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显突出. 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.
1　单面焊双面成形质量差引起的问题
1. 1　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.
1. 2　焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故
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.单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施
摘　要:单面焊双面成型的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制. 通过分析造成质量差的原因,提出了相应的防止措施,对单面焊双面成型的作业具有指导作用.
关键词:单面焊双面成型; 焊接;质量;原因;措施

0　引　言
　　焊接技术是一门重要的金属加工技术, 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显突出. 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.
1　单面焊双面成形质量差引起的问题
1. 1　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.
1. 2　焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故
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.

2　单面焊双面成形焊接质量差的原因分析
2. 1　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.
2. 2　工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响
2. 2. 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,但易出现咬肉、焊瘤等缺陷,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,熔透深度减小,易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷.
2. 2. 2　焊速
　　焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数. [ 3 ] (p168)合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要. 焊速过快,使熔池温度不够,易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷. 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.
2. 2. 3　电弧电压
　　焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊接缝质稳定的重要因素. 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.
2. 2. 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,每层厚度过大,对焊缝金属的塑性有不利的影响,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.
2. 2. 5　焊条类型及焊条直径的影响
　　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, 焊条类型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. 焊条直径过大,在进行打底层焊接和立焊焊接时
熔池难以控制, 易产生焊瘤等缺陷.
2. 3　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.

手弧焊单面焊双面成型技巧和要领

单面焊双面成形技术是焊条电弧难度较大的一种操作技术，熟练掌握操作要领和技巧才能保证焊出内外质量合格的焊缝与试件。
以断弧焊为例，要掌握好焊条电弧焊单面焊双面成形操作技术，必须熟练掌握“五种要领”，具体内容：看、听、准、短、控。还应学会“六种技巧”具体内容：点固，起头，运条，收弧，接头，收口。
一、五要领
1、看
焊接过程中，认真观察熔池的形状，熔化的大小及铁液与熔渣的分离情况，还应注意观察焊接过程是否正常（如偏弧、极性正确与否等），熔池一般保持椭圆形为宜（圆形时温度已高），熔孔大小以电弧将两侧钝边完全熔化并深入每侧0.5-1㎜为好，熔孔过大时，背面焊缝余高过高，易形成焊瘤或烧穿。熔孔过小时，容易出现未焊透或冷接现象（弯曲时易裂开）焊接时一定要保持熔池清晰，熔渣与铁夜要分开，否则易产生未焊透及夹渣等缺陷，当焊条接过程中出现偏弧及飞溅过大时，应立即停焊，查明原因，采取对策。
2、听
焊接时要注意听电弧击穿坡口钝边时发出的“噗噗”声，没有这种声音，表明坡口钝边未被电弧击穿，如继续向前焊接，则会适成未焊透，熔合不良缺陷。
3、准
送给铁液的位置和运条的间距要准确，并使每个熔池与前面熔池重叠2/3，保持电弧1/3部分在溶池前方，用以加热和击穿坡口钝边，只有送给铁液的位置准确，运条的间距均匀，才能使焊缝正反面形均匀、整齐、美观。
4、短
短有2层意思，一是指灭弧与重新引燃电弧的时间间隔要短，就是说每次引弧时间要选在熔池处在半凝固熔化的状态下（通过护目玻璃能看到黄亮时），对于两点击穿法，灭弧频率大体上50～60次/㏕为宜，如果间隔时间过长，熔池温度过低，熔池存在的时间较短，冶金反应不充分，容易造成夹渣、气孔等缺陷。时间间隔过短，溶池温度过高，会使背面焊缝余高过大，甚至出现焊瘤或烧穿；二是指焊接时电弧要短，焊接时电弧长度等于焊条直径为宜。电弧过长，一是对熔池保护不好，易产生气孔；二是电弧穿透力不强，易产生未焊透等缺陷；三是铁液不易控制，不易成形而且飞溅较大。
5、控
  “控”，是在“看、听、准、短”的基础上，完成焊接最关键的环节。
①控制铁液和溶渣的流动方向
焊接过程中电弧要一直在铁液的前面，利用电弧和药皮熔化时产生的气体定向吹力，将铁液吹向溶池后方，既能保证熔渣与铁液很好地分离，减少产生夹渣和气孔的可能性，当铁液与溶渣分不清时，要及时调整运条的角度（即焊条角度向焊接方向倾斜），并且要压低电弧，直至铁液和熔渣分清，并且两侧钝边熔化0.5-1㎜缺口时方能灭弧，然后进行正常焊接。
②控制溶池的温度和熔孔的大小
焊接时熔池形状由椭圆形向圆形发展，熔池变大，并出现下塌的感觉，如不断添加铁液，焊肉也不会加高，同时还会出现较大的熔孔，此时说明熔池温度过高 ，应该迅速熄弧，并减慢焊接频率（即熄弧的时间长一些），等熔池温度降低后，再恢复正常的焊接。
在电弧的高温和吹力的作用下，试板坡口根部熔化并击穿形成熔孔，施焊过程中要严格控制熔池的形状，尽量保持大小一致，并随时观察熔池的变化及坡口根部的熔化情况。
熔孔的大小决定焊缝背面的宽度和余高，通常熔孔的直径比间隙大1-2㎜为好，焊接过程中如发现熔孔过大，表明熔池温度过高，应迅速灭弧，并适当延长熄弧的时间，以降低熔池温度，然后恢复正常焊接，若熔孔太小则可减慢焊接速度，当出现合适的熔孔时方能进行正常焊接。
③控制焊缝成形及焊肉的高低
影响焊缝成形，焊肉高低的主要因素有：焊接速度的快慢，熔敷金属添加量（即燃弧时间的长短）、焊条的前后位置，熔孔大小的变化、电弧的长短及焊接位置等。一般的规律是：焊接速度越慢，正反面焊肉就越高；熔敷金属添加量越多，正反面焊肉就越高；焊条的位置越靠近熔池后部，表面焊肉就越高，背面焊肉高度相对减少；熔孔越大，焊缝背面焊肉就越高；电弧压得越低，焊缝背面焊肉就越高，否则反之。在仰焊位，仰立焊位时焊缝正面焊肉易偏高，而焊缝背面焊肉易偏低，甚至出现内凹现象。平焊位时，焊缝正面焊肉不易增高，而焊缝背面焊肉容易偏高。
仰焊位焊缝背面焊肉高度达到要求的方法是利用超短弧（指焊条端条伸入到对口间隙中）焊接特性。同时还应控制熔孔不宜过大，避免铁液下坠，这样才能使焊缝背面与母材平齐或略低，符合要求。
通过对影响焊肉高低的各种因素的分析，就能利用上述规律，对焊缝正反面焊肉的高度进行控制，使焊缝成形均匀整齐，特别是水平固定管子焊接时，控制好焊肉的高低尤为重要。
二、六技巧
①点固技巧
　　试件焊接前，必须通过点固来进行定位，板状试件（一般长300㎜）前后两端点固进行定位，φ≤57㎜的管状或管板试件点固1点进行定位，φ＞60㎜点固2点进行定位，定位焊缝长度为10～15㎜为宜。
　　由于定位焊缝是正式焊缝的一部分，要求单面焊双面成形，并且不得有夹渣、气孔、未焊透、焊瘤、焊肉超高或内凹超标等缺陷。所采用的焊条牌号、直径、焊接电流与正式焊接时相同。板状及管板试件一般可以在平焊位进行点固，水平固定管一般采用立爬坡位进行点固，垂直固定管一般采用本位（横焊位）进行点固。用断弧打底焊接时，各类试件装配尺寸见表1。
试件装配尺寸

②起头技巧
管状或管板试件起头时有一定的难度，因没有依靠点（不许在点固处起弧），操作不好易出问题，水平固定管和水平固定管板起头点应选在仰焊位越过中心线5～15㎜处，垂直固定管和垂直固定管板起头选在定位点的对面（垂直固定大管起头选在两定位点对面即第3等分点），不论管状还是板状试件，引弧先用长弧预热3～5S，等金属表面有“出汗珠”的现象时，立即压低电弧，焊条做横向摆动；当听到电弧穿透坡口而发出“噗噗”声时，同时看到坡口钝边熔化并形成一个小熔孔（形成第1个熔池）表明已经焊透，立即灭弧，形成第1个焊点，此时，起头结束。
③运条技巧
运条是指焊接过程中的手法，即焊条角度和焊条运行的轨迹。平焊、立焊、仰焊时焊条角度（焊条与焊接方向的夹角）一般为60°～80°。横焊和垂直固定管（横管）焊接时焊条角度一般为60°～80°，与试件下方呈75°～85°。垂直固定管板焊条与管切线夹角为60°～70°，焊条与底板间的夹角为40°～50°。水平固定管和水平固定管板由于焊位的不断变化，焊条角度也随之进行变化。仰焊时的焊条角度（焊条与管子焊接方向之间的夹角）为70°～80°。仰立焊时焊条角度为90°～100°，立焊时焊条角度85°～95°，坡立焊时焊条角度为90°～100°，平焊时焊条角度为70°～80°。而水平固定管板焊条与底板夹角为40°～50°。
平焊、立焊、仰焊、水平固定管及垂直、水平固定管板焊接时焊条运行的轨迹大多采取左右摆动（锯齿形运条），可采取左（右）引弧，右（左）灭弧，再右（左）引弧，左（右）灭弧，依次循环运条，或左（右）引弧运条至右（左）侧再运条回到左（右）侧灭弧，依次循环运条。横焊和垂直固定管运条方式，一般采用斜锯齿或椭圆形。从坡口上侧引弧到坡口下侧灭（熄）弧，再从坡口上侧引弧到坡口下侧灭弧，依次运条。
④收弧技巧
当一根焊条焊完，或中途停焊而需要熄弧时，一定注意作收弧动作，焊条不能突然离开熔池，以免产生冷缩孔及火口裂纹，收弧的方法有3种：
第1种为补充熔滴收弧方法，即收弧时在熔池前方做一个熔孔，然后灭弧，并向熔池尾部送2～3滴铁液，主要目的是减慢池的冷却速度。避免出现冷缩孔，该种收弧方法适用于酸性药皮焊条。
第2种叫衰减收弧法，即：要收弧时，多给一些铁液，并做一个熔孔，然后把焊条引至坡口边缘处熄弧，并沿焊缝往回点焊2-3点即可。这样收弧处焊肉较低，为热接头带来方便（接头一般不用修磨），此法收弧一般不易产生冷缩孔，可用于酸性药皮焊条，在焊接生产中常用此法，以利于接头。
第3种方法叫回焊收弧法，收弧时焊条向坡口边缘回焊5～10㎜（即向焊接反方向坡口边缘回焊收弧），然后熄弧，该种收弧方法适用于碱性药皮焊条。
5、接头技巧（热接法、冷接法）
热接法：收弧后，快速换上焊条，在收弧处尚保持红热状态时，立即从熔池前面迅速把电弧拉到收弧处用连弧（作横向锯齿形运条）进行焊接，焊至熔孔处电弧下压，当听到电弧熔化坡口钝边时发出的“噗噗”声后，立即灭弧，转入正常断弧方法进行焊接，热接法的要领必须是更换焊条动作要迅速，运条手法一定要熟练和灵活。
冷接法：引弧前把接头处的熔渣清理干净，收弧处过高时应进行修磨形成缓坡，在距弧坑约10㎜处引弧，用长弧稍预热后（碱性焊条可不预热）用连弧作横向摆作，向前施焊至弧坑处，电弧下压，当听到电弧击穿坡口根部发出“噗噗”声后，即可熄弧进行正常的焊接，冷接法的优点是：当收弧处有缩孔或焊肉过厚时可进行修磨，保证接头质量，同时操作难度也比热接法时小一些，但焊接效率没有热接法高。
6、收口技巧
收口也叫收尾，是指第1层打底焊环形焊缝首（头）尾相接处，也包括与点固焊缝相连接处，当焊至离焊缝端点或定位点固焊缝前端3-5㎜时，应压低电弧，用连弧焊接方法焊至焊缝并再超过3-5㎜后熄弧，如果留的未焊缝过长，采用连弧焊接就会造成熔孔过大而出现焊瘤和烧穿等缺陷，如果留的未焊缝过短，再用连弧焊进行焊接为时已晚，极易造成收口处未焊透等缺陷。所以收口时所留的未焊焊缝长度要合适，操作技巧要熟练，才能保证接头收口的质量。