单面焊双面成型
单面焊双面成形焊接 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.
2.2.6 焊接接头是焊接结构中的薄弱环节
焊接接头存在着组织和性能的不均匀性,还往往存在着一些焊接缺陷,存在着较高的拉伸残余应力;所以焊接接头是焊接结构中的薄弱环节。提高焊接接头的质量,可从以下途径着手:正确选配焊接材料,采用合理的焊接工艺方法,控制熔合比,调节焊接热循环特征,运用合理的操作方法和坡口设计,辅以预热、层间保温及缓冷、后
热等措施,或焊后热处理方法等,可获得优质的焊接接头。
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.
3 防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施
3. 1 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20 mm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4 mm的焊条,并对焊条进行400℃烘干,保温2~4 h. 使用时需要将焊条放在保温筒内,随用随取. [ 3 ] (p178)焊条在炉外停留时间不得超过4 h,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.
3. 2 焊接操作
3. 2. 1 选择合适的工艺参数
焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、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. 焊接过程中应选择短弧焊,以避免咬肉、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 mm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. 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.
3. 2. 2 焊工技术水平
焊接生产中,焊工对单面焊双面成形操作技术掌握的水平,往往决定了焊缝的质量. 因此,加强焊工单面焊双面成形操作技能的训练是保证焊缝质量的关键
单面焊双面成形技术,是锅炉,压力容器焊工熟练掌握的操作技能,也是在某些重要焊接结构制造过程中,既要求焊透而又无法在背面进行清根和重新焊接所必须采用的焊接技术。在单面焊双面成形操作过程中,不需要采取任何辅助措施,只是坡口根部在进行组装定位焊时,应按焊接时不同操作手法留出不同的间隙,当在坡口的正面用普通焊条进行焊接时,就会在破口的正、背两个面都能得到匀称,成形良好,符合质量要求的焊缝,这种特殊的焊接操作被称为单面焊双面成形。
作为焊工,在单面焊双面成形过程中应牢记“眼精、手稳、心静、气匀”八个字。所谓“眼精”,就是在焊接过程中,焊工的眼睛要时刻注意观察焊接“溶池”的变化,注意“熔孔”尺寸,每个焊点与前一个焊点重合面积的大小,熔池中液态金属与溶渣的分离等。所谓“手稳”,是指眼睛看到哪儿,焊条就应该按选用的运条方法,合适的弧长、准确无误地送到哪儿。保证正、背两面焊缝表面成形良好。所谓“心静”,是要求焊工在焊接过程中,专心焊接,别无他想。任何与焊接无关的私心杂念,都会使焊工分心,在运条、断弧频率、焊接速度等方面出现差错,从而导致焊缝产生各种缺陷。所谓“气匀”,是指焊工在焊接过程中,无论是站位焊接、蹲位焊接还是躺位焊接,都要求焊工能保持呼吸平均均匀。既不要大憋气,以免焊工引缺氧而烦躁,影响发挥焊接技能,也不要大喘气,焊接过程中,这种呼吸方法使焊工身体上下浮动而影响手稳。总之,这八个字是经多年世界总结得到的,指导焊工进行单面焊双面成形操作时收效很大。“心静、气匀”是前提,是对焊工思想素质的要求,在焊接岗位上,每个焊工都要专心从事焊接工作,“一心不可二用”,否则,不仅焊接质量不高,也容易出现安全事故。只有做到“心静、气匀”,焊工的“眼精、手稳”才能发挥作用,所以这八个字,既有各自独力的特性,又有相互依托的共性,需要焊工在焊接实践中仔细体会其中的奥秘。
4 焊接操作技术
4.1 引弧
要做到一“引”就“着”,一“落”便“准”。这就要求焊工有熟练的操作技术和手感。由于电缆及焊钳有一定重量,焊工在手持焊具时不易稳定,因此在引弧时焊工要蹲稳,手臂用力,手腕微微的用力做点划动作,同时心情要放松,紧张时易产生机械抖动大,拉弧时易产生“粘住”和“拉熄”现象。
4.2 运条
运条是焊工技术的具体表现。焊缝质量的好坏,外形的优劣主要由运条方法来决定。焊条在空间三个方向均有运动;向熔池方向递进要与熔化速度相一致,以保持弧长不变,快了弧长缩短,甚至“粘住”;慢了弧长拉长,飞溅量增多,降低保护作用,影响熔滴速度。横行运动的目的在于搅拌熔池,增大熔宽;应中间快两端慢,它与向前运动紧密相连,变化应由熔池的形状及熔敷金属来决定。只有三个方向上的运动有机结合,才能获得一定高度和宽度的焊缝。
4.3 收弧
收弧是焊尾的关键。要求焊缝饱满,无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。弧坑深,焊肉薄,应力集中,极易产生裂纹。采用“反复断弧收尾法”(又叫点弧法),可克服收尾温度高,又难以填满的困难。但易产生气孔,尤其是碱性焊条(如J506,J507等)更甚。因此,使用酸性焊条时(J422等)可用“划圈收尾法”;而使用碱性焊条时,可用“划圈收尾法”或“回焊收尾法”,回焊的距离视收尾处的温度高低而定,一般以不超过5mm为宜。
4.4 断弧焊法的操作方法
断弧焊法是通过控制电弧的不断燃烧和灭弧的时间,以及运条动作等来控制熔池形状、熔池温度以及熔池中液态金属厚度的一种单面焊双面成形焊接技术。断弧焊法的背面形成机理主要是靠电弧的穿透力和熔池的表面张力、电磁收缩力。当电弧穿透坡口间隙后,熔化坡口两侧和前一个熔池,从而形成一个新熔池。通过熄弧和熔池的表面张力采控制熔池温度、熔池形状和位置。由于这种方法使熔池前方出现一个大于坡口间隙的熔孔,这样渣气均能有效地保护正面和背面焊缝熔池。
基本操作要点:先在焊件焊端前方10~15mm处的坡口面上引燃电弧,然后将电弧拉至始焊处稍加摆动,对焊件进行预热。当坡口根部产生“汗珠”时,立即将电弧压低约1s左右,可听到电弧穿透坡口而发出的“噗”声,看到定位焊缝及相接的坡口面金属开始熔化,并形成一个熔池。当金属尚未完全凝固,熔化中心还处于半熔化状态,在护目镜下呈黄亮颜色时,重新引燃电弧。并在熔池左前方接近钝边上,以一定的焊条倾角去击穿焊件根部,击穿时先以短弧对焊件根部加热1s左右,然后迅速将焊条朝焊接方向划,当听到焊件被击穿的“噗”声时,要迅速使一定长的弧柱带着熔滴穿过熔孔,使其与熔化金属分别形成背面与正面焊缝熔池。此时要迅速抬起灭弧,动作稍有迟缓可能造成根部烧穿。大约1s后,当上述熔池还未完全凝固,尚有比所用焊条直径稍大的黄亮点时,快速引燃并在第一个熔池右前方进行击穿焊。然后反复按上述方法施焊,便可完成两点法单面焊双面成形的焊缝。
4.5 连弧焊法的操作方法
连弧焊法是在焊接过程中电弧连续燃烧,不熄灭,采取较小的坡口钝边间隙,选用较小的焊接电流,始终保持短弧连续施焊的一种单面焊双面成形技术。基本操作要点:引弧后先将电弧压短到最低程度,并在施焊处以小齿距的锯齿运条并且作横向摆动,对焊件进行加热。当坡口根部产生“出汗”现象时,尽力将焊条根部送下,做一个击穿动作,待听到“噗”的一声,形成熔孔后,迅速将电弧拉到坡口面上,随后在坡口间以一定的焊条倾角做微小摆动,时间为2,左右,使电弧将坡口根部各熔化1.5mm左右,然后将焊条提到1~2mm,以小齿距的锯齿形运条作横向摆动,使电弧边熔化熔孔前沿,边向前方施焊。施焊时一定要将焊缝中心对准熔池的前沿与母材的交界处,使每一个新熔池与前一个熔池相重叠。
收弧时,缓慢地把焊条向熔池后方的左侧或右侧带下,随后将焊条提起,收弧。接头时,先在距弧坑10~15mm处引弧。以正常的运条速度移至弧坑的1/2处,将焊条下压,待听到“噗”声后,作1~2s的微小摆动。然后再将焊条提起1~2nun,使其在熔化熔孔前沿的同时向前施焊。在连甄焊中,更换焊条要快,接头要准。它的好坏直接影响焊缝质量。连弧焊由于使用微小的根部间隙与焊接工艺参数,并在短弧条件下作有规律的焊条摆动,因而可造成熔滴向熔池均匀过渡的良好条件,使焊道始终处于缓慢加热和缓慢冷却的状态。所以不但能获得温度均匀分布的
焊缝和热影响区,而且能得到成形整齐、表面细密的背面焊缝。我们在这几年的张拉横梁加工中均采用了这种方法。
5 影响因素分析
5.1 焊接电流的影响
焊接电流增加时,电流的电磁压力增加使电流对熔池的总压力增加,电弧电功率增加,电弧输入给焊缝的热功率也增加,使熔池的温度升高。而随着熔池温度的升高,表面张力系数减小,熔池中液体金属与熔池壁面之间的表面张力下降。此外电弧功率的增加使焊条熔化加快,单位时间内过渡到熔池中的熔滴数量增加,熔池的体积增大,易使背面焊缝成形出现余高过高或产生焊瘤。
焊接电流减小时,电流对熔池的总压力下降。熔池体积逐渐减小,表面张力系数和熔池中液体金属与熔池壁面之间的表面张力增大。当电流小到一定程度会使背面焊缝出现低于母材或未焊透缺陷。
5.2 燃弧时间、间断灭弧时间的影响
燃弧时间、间断灭弧时间主要影响熔池的温度及熔池的体积。燃弧时间对熔池温度及熔池体积的影响主要表现在作用时间的长短。燃弧时间越长,输入熔池的热量就越多,熔池的体积就越大,背面焊缝出现余高过高或焊瘤的可能性就越大。反之则出现余高过低或未焊透现象的机会就越大。
间断灭弧时间的长短主要应视熔池的温度高低来控制。在燃弧正常情况下,间断灭弧时间过短,就会出现背面焊缝余高过高或焊瘤;反之间断灭弧时间过长,就会出现背面焊缝余高过低或未焊透缺陷。
5.3 根部间隙大小的影响
根部间隙的大小将直接影响到背面焊缝的成形。间隙增大,背面焊缝成形增宽;间隙减小,背面焊缝变窄。根部间隙增大有出现背面焊缝余高过高或焊瘤的倾向,根部间隙变小,则可能出现余高过低或未焊透缺陷。
根据多年的实践经验,对820钢板焊接时,一般取根部间隙为3mm比较合适。当然,具体情况要具体分析。
5.4 运条动作的影响
运条动作主要影响熔池的温度分布,也就是影响影熔池的大小和形状。运条动作是由三个基本动作形成的,即沿焊接方向的直线运动,向焊件进给的运动和向焊缝两侧的横向摆动。通过这三个动作的有效配合可以很好的控制熔池的大小及形状。沿焊接方向的直线运动受熔池前沿的熔孔大小控制,熔孔的直径一般控制在焊条直径的1.5倍。当熔孔越大时背面焊缝成形越易产生余高过高或焊瘤;反之则可能出现余高过低或未焊透缺陷。焊条向焊件的进给运动要随着焊条的熔化而保证短弧焊接。否则电弧过长,电弧穿透能力减弱,将产生未焊透缺陷。向焊缝两侧的横向摆动,主要是保证坡口及其根部有很好的熔合。如横向摆动不当,则易产生夹渣、未熔合、未焊透等缺陷。