药芯焊丝CO2气体保护焊立焊单面焊双面成形焊接操作技术要点

【摘 要】药芯焊丝具有焊接工艺性能好、焊缝质量高、对钢材的适应性强等优点,有着广阔的应用前景.本文主要介绍了低碳钢板材的药芯焊丝CO2气体保护焊立焊单面焊双面成形的焊接操作技术要点.

【关 键 词】药芯焊丝；CO2气体保护焊；单面焊双面成形

20世纪50年代末、60年代初美国已开始使用药芯焊丝,并被广泛地用于重型机械、建筑机械、桥梁、石油、化工、核电站设备、大型发电设备及采油平台等制造业中,并取得了很好的效果.

近年来,随着社会经济的不断发展,我国生产药芯焊丝的技术和质量得到了不断提高,应用范围也不断地扩大,以船舶制造和海洋结构行业使用药芯焊丝量为最大.药芯焊丝是继焊条电弧焊和实芯焊丝CO2气体保护焊的又一个被广泛应用的焊接方法.

药芯焊丝的单面焊双面成形操作技术,近年来被世界技能大赛、国内各类技能大赛列为竞赛的考核项目之一,它是电弧焊难度较大的一种操作技术.尽快地掌握单面焊双面成形技术的操作要领和技巧,这也是每个参加技能考试、技能竞赛的指导教师及学生十分关心的问题.

2.药芯焊丝电弧焊的特点及应用

药芯焊丝也称为管状焊丝,是利用薄钢板卷成圆形钢管或异形钢管,或用无缝钢管,在管中填满一定成分的药粉,经拉制而成的焊丝.可通过调整药芯添加物的种类和比例,很方便地设计各种不同用途的焊接材料,因为它的合金成分可灵活方便的调整,所以药芯焊丝的许多品种是实芯焊丝无法冶炼和轧制的.

2.1特点

药芯焊丝电弧焊与气体保护焊非常相似,差别在药芯焊丝采用的是管状焊丝,其中装有粒状的焊剂.药芯焊丝是很有发展前途的新型焊接材料,与实芯焊丝相比药芯焊丝有如下优缺点.

2.1.1优点：

⑴采用气渣联合保护,焊缝成形美观,电弧稳定性好,飞溅少易脱渣、焊道成形美观.

⑵焊丝熔敷速度快,熔敷效率（大约为85%～90%）和生产效率都较高（比焊条电弧焊高3～5倍）.

⑶焊接各种钢材的适应性强,通过调整焊剂的成分与比例可提供要求的焊缝金属化学成分.

2.1.2缺点：

⑴焊丝制造过程复杂.

⑵烟雾大,焊接时烟雾较实芯焊丝大.

⑶焊丝外表容易锈蚀,粉剂易吸潮,因此对焊丝的保存-管理的要求更为严格.

⑷焊渣多,较实芯焊丝CO2气体保护焊多,故多层焊时要注意清渣、防止产生夹渣缺陷.

2.2应用

药芯焊丝电弧焊即可用于半自动焊,又可用于自动焊,但是通常用于半自动焊.采用不同的焊丝和保护气体相配合可以进行平焊、立焊、仰焊和全位置焊.

药芯焊丝可用于焊接各类的结构钢,包括低碳钢、低合金高强钢、低温钢、不锈钢、耐热钢及耐磨堆焊等.

3.药芯焊丝立焊的单面焊双面成形焊接工艺

单面焊双面成形技术是在重要焊接结构制造过程中,即要求焊接接头完全焊透,以满足受压部件的质量和性能要求.但由于构件尺寸和形状的限制,如小直径容器、管道等在背面无法进行施焊,只能在容器或管道外侧施焊.单面焊双面成形技术,以特殊的操作方法,在坡口的正面进行焊接,焊后保证坡口正反两面都能得到均匀整齐、成性良好,符合质量要求的焊缝.主要操作方法有断弧焊和连弧焊.

3.1焊前准备

3.1.1焊接材料

焊材选用二氧化碳气体保护焊药芯焊丝（FCAW136）,E501T-1规格Φ1.2mm；

母材：Q235A,尺寸300mm×125mm×12mm,V型坡口60°,如图2-1所示；

焊接电源：NB-350（A160-350）；

3.1.2坡口的清理

首先用手锤将两块试件校平,再用电动角向磨光机将坡口和靠近坡口上、下两侧20mm内的钢板上的油、锈、水分及其它污物打磨干净,至露出金属光泽为止.打磨范围如图2-1所示.

3.1.3装配及定位焊要求

钝边的大小可以直接影响电弧是否能深入到焊缝的根部,使根部焊透,获得较好的焊缝成形和焊接质量,

装配间隙是背面焊缝成型的关键参数,间隙过大,容易烧穿,间隙过小不易焊透.

装配尺寸及要求（表2-1）

表2-1装配尺寸

坡口角度（0）装配间隙（mm）钝边

（mm）反变形量（0）错边量（mm）

60始焊端35

终焊端400～0.52～3≤0.5

定位焊所用药芯焊丝与正式焊接时牌号相同.定位焊位置应在正面的两端处,长度为8～10mm,为防止在焊接过程中收缩,始焊端可少焊一些,终焊端应多焊一些,防止造成未焊段坡口间隙收缩变窄而影响焊接.

定位焊缝质量要求：必须焊牢,保证熔合良好,无气孔、夹渣、裂纹等缺陷,焊道不易太高.因此,定位焊所用电流可比焊接电流大10%～15%.如图2-3所示定位焊的位置.

为了保证焊件焊后没有角变形,焊前焊件要预置反变形,反变形角量θ等于2°～3°

3.2工艺参数的选择

根据焊接工艺参数选择的原则,钢板厚度为12mm开V型坡口,焊接层次分为三层：打底层、填充层、盖面层.具体参数如表2-2.

表2-2CO2气保焊（药芯焊丝）立焊焊接工艺参数

焊道层次焊丝直径/mm焊接电流/A焊接电压/V焊丝伸出长度/mm气体流量/（L/min）

打底层Φ1.2145-15020-20.58-1012-15

填充层145-15020-20.5

盖面层160-17022-22.53.3焊接要点

3.3.1打底层焊接

打底层的焊接是单面焊双面成形技术焊接操作的关键,操作不当易造成背面成形凹陷和咬边等缺陷.

打底层焊接按操作方法不同分为：连弧焊和断弧焊两种方法.

⑴连弧焊打底：采用较小的工艺参数,始终保持电弧连续施焊.对焊工的操作技能要求较高,操作过程中要运条平稳、均匀,操作不当,焊缝背面易造成未熔合、未焊透等现象.另外,对坡口加工及装配质量要求也较高,在实际生产中有一定的局限性.

⑵断弧焊打底：采用工艺参数较连弧焊大一些,焊接过程中,通过电弧反复交替燃烧与熄灭,从而控制熔池的温度、形状和位置,以此获得良好的背面成形和内部质量.断弧焊采取的坡口钝边、间隙都略大于连弧焊,施焊过程中更显得灵活和适用,也易掌握.

断弧焊操作要领归纳为：一看、二听、三准：

看：观察熔池形状和熔孔大小、形状,并保持一致.

听：注意听电弧击穿坡口根部发出的“噗噗”声,如没有这种声音则表示没焊透.

准：施焊时熔孔的端点位置要把握准确,使后一个熔池与前一个熔池搭接2/3左右,用电弧的1/3部分打开新的熔孔,以加热和击穿坡口根部.

打底层焊时应注意以下事项：

⑴焊接前应对焊接规范进行检查,防止焊接过程中出现问题；

⑵检查喷嘴内部的飞溅物是否堵塞喷嘴,做到及时清理；

⑶断弧或焊接完成后,不要马上将碰嘴离开熔池或弧坑,防止产生气孔和缩孔；

⑷焊角度略向下.焊丝在熔池的最顶端,断弧频率不宜过快.

3.3.2填充层焊接

打底和盖面之间的焊缝,依据板厚及坡口的要求,填充焊的焊缝可以是一层或多层焊缝.填充层焊接前应将打底层焊缝及坡口表面飞溅物清理干净.

填充层焊接采用连弧焊,焊摆动方法采用锯齿形或反月牙形运条,中间快两边停留,以保证焊缝两边熔合,填充焊的厚度不易过高,距焊件表面相差2.0～2.5mm为宜,有利于盖面焊.

3.3.3盖面层焊接

焊前将填充层焊缝表面的熔渣及飞溅物清理干净.

盖面层焊接可采用连弧焊或断弧焊.

⑴采用连弧焊时,焊接电流可适当小一些,运条方法和填充层焊基本相同.焊接时将坡口边缘线熔合0.5mm,坡口两边稍作停留,防止咬边产生.

⑵采用连弧焊时,焊接电流、电压适当大一些,从坡口边缘一边向另一边摆动,然后熄弧,迅速再引燃电弧,从熄弧这一边向另一边摆动,使熔池呈椭圆形,向上幅度不宜过大,如此反复断弧焊接完成焊缝.收弧时,待电弧熄灭,熔池凝固后,才能移开焊,避免产生气孔.

4.药芯焊丝单面焊双面成形常见的缺陷及防止措施

4.1工艺因素对单面焊双面成形焊接缺陷的影响

4.1.1焊接电流

焊接电流大小的选择是保证焊接质量的关键,焊接电流过大容易造成咬边、焊瘤、烧穿等缺陷,特别是在立位和仰位焊接时焊接熔池难以控制,容易产生焊缝余高超高、焊瘤等缺陷.焊接电流过小使焊缝熔深减小,容易造成未熔合、未焊透、夹渣等缺陷.

4.1.2焊接速度

正确的控制焊接速度对保证焊接质量尤为重要.焊接速度过快,使焊接熔池温度不够,容易造成未熔合、未焊透、焊缝成形性不良等缺陷；焊接速度太慢,使焊接熔池温度过高,容易造成烧穿、焊瘤、背面焊缝余高超高等缺陷.

4.1.3焊丝伸出长度

焊丝伸出长度对焊缝质量起着决定性的作用,焊丝伸出长度过长,飞溅严重,气体保护效果较差；伸出长度过短,容易造成飞溅物堵塞喷嘴,影响气体保护效果,也影响操作者视线.

4.1.4焊接层次选择不当

药芯焊丝CO2气体保护焊单面焊双面成形焊接层次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,而且焊接过程中熔渣容易倒流产生夹渣和未熔合等缺陷,但是每层厚度过小,却容易造成焊缝两侧熔合不良.

4.1.5焊丝的直径

焊丝直径过大,在进行打底层焊接是焊接熔池难以控制,容易产生焊瘤等缺陷.

4.1.6焊丝角度

焊丝与焊道见得夹角大小容易事背面焊缝产生未焊透、夹渣、脱节、超高、焊瘤、烧穿等缺陷.

4.2操作不当引起的缺陷

4.2.1气孔

由于CO2气体的纯度较低,周围环境有风,气体流量调节太小或太大,喷嘴被飞溅物堵塞,焊倾角过大,焊丝伸出长度太长或喷嘴太高,焊接区域油迹、锈迹或氧化皮未清理干净等原因,均可产生气孔.

4.2.2未焊透

由于坡口加工或装配不当,即坡口角度太小、钝边太大、间隙太小、错变量太大等都会引起未焊透.

焊接参数不合适,即焊接电流太小,焊的倾角太大都会引起未焊透.

焊接电弧位置不对,未对准坡口中心,焊摆动时电弧偏向一侧,电弧在坡口面上停留的时间太短,引起未焊透.

4.3预防措施

4.3.1认真做好焊前准备工作,焊前正确调整好保护气体的流量、使保护气体能均匀地、充分地保护好焊接熔池,防止空气渗入,避免产生气孔.

4.3.2彻底清理坡口边缘油迹、锈迹、污迹和水分等；合理选择焊接电流和焊接速度；严格按规定保管焊材,不使用锈蚀的焊丝.

4.3.3选择合理的焊接工艺参数,焊接过程中注意焊倾角及焊丝伸出长度的控制,防止气孔、未焊透等缺陷的产生；做好层间焊道的清理工作.

4.3.4正确选择焊件坡口尺寸、装配间隙、钝边.为防止未熔合,坡口度数600为宜；合理选择焊接电流和焊接速度,防止未焊透或未熔合等缺陷产生.掌握正确的运条方法,仔细观察坡口两侧的熔合.

5.小结

通过焊接实习反复操作训练,证明药芯焊丝CO2气体保护焊立焊单面焊双面成形操作技术是可行的.同时我们也看到了药芯焊丝焊接的质量是由焊接过程的稳定性决定的,而焊接过程的稳定性,除通过调节设备选择合适的焊接参数保证外,更主要的是取决于焊工实际操作的技术水平.因此要求焊工必须掌握扎实的焊接基本操作手法,根据不同情况,灵活地运用技能,从而获得满意的焊接效果.