大型H型钢梁埋弧焊全熔透工艺

焊接技术《机电技术》2007年第2期大型H型钢梁埋弧焊全熔透工艺
刘增荣
(福建省船舶工程技术学校，福建 马尾 350015)
摘 要：通过对大型H型钢梁中厚板T型角接接头焊接工艺的改进，提高了焊缝抗裂性能，解决了角接接头先焊面全熔透，背面不清根的工艺技术难题，大大提高焊接工效。

关键词：先焊面打底焊缝 焊接裂纹 焊缝形状系数 全熔透焊接工艺
中图分类号：TG444+.1 文献标识码：A 文章编号：1672-4801（2007）02-069-03
1前言
厦门某邮电大楼顶楼大型钢构工程，其主梁、次梁、立柱、斜撑全部采用焊接H型钢，材质为Q345（相当于16Μn），主梁翼缘板厚60mm，腹板厚40mm，梁长21m。

主梁T型角接接头要求埋弧焊，焊后100%超声波（UT）无损检测，质量等级为I级。

工程总重量达700多吨，工期要求紧迫。

为了既保证焊接质量，又要提高焊接工效，按期完成工程任务。

在采用大焊接规范埋弧自动焊工艺时，必须解决如下两个焊接工艺技术难题： （1）由于大焊接规范埋弧焊，焊缝熔深大，先焊面打底焊缝（T型角接接头第一层焊缝）易出现焊接裂纹缺陷。

为此必须采取工艺措施提高先焊面打底焊缝的抗裂性能。

（2）为了提高工效，免除T型角接接头背面碳弧气刨清根工序，必须改进焊接工艺技术，保证先焊面打底焊缝全熔透。

2 T型角接接头原焊接工艺参数
（1）主梁材质：腹板、翼缘板均为Q345钢（相当于16Μn）。

（2）焊接方法：采用龙门式埋弧自动焊。

（3）坡口形式：腹板两边均双面X型坡口，详见图1。

（4）焊材选用：焊丝牌号为H10Μn2。

焊剂牌号为HJ431。

（5）焊接位置：45°船形焊位置，见图1。

（6）焊接工艺参数：先焊面打底焊缝原焊接工艺参数，详见表
1。

表1 先焊面打底焊缝原焊接工艺参数
焊接方法 焊缝层次 焊丝牌号 焊丝直径(mm)焊接电流(A)电弧电压(V) 焊接速度(cm/min) SAW E1 H10Mn2 Φ5 850～880 36～38 35～38
3 焊接裂纹的成因与工艺措施
3.1焊接裂纹概况
中厚板T型角接接头双面埋弧焊，为了保证焊透，减少焊接层数，提高工效，采用焊接规范 参数，使得先焊面打底焊缝的焊缝熔深度较大焊缝宽度小，焊后经超声波无损检测，往往在焊缝中间离表面2～3mm的凸起部位，出现纵向焊接裂纹，其裂纹深度达3～5mm见图
2。

《机电技术》2007年第2期焊接技术
3.2焊接裂纹机理
先焊面打底焊缝易出现焊接裂纹，经分析该裂纹属于热裂纹（即结晶裂纹），这是因为焊缝在结晶过程中存在偏析现象，低熔点共晶杂质被排挤在晶界形成“液态薄膜”，当焊接拉伸应力足够大时，就会将“液态薄膜”拉开而形成裂纹。

热裂纹多发生在焊缝区，它的生成受焊缝截面形状影响很大，从焊缝截面尺寸来看，则与焊缝宽度和厚度熔深的比例有关，即焊缝形状系数Φ=B/H （B为焊缝表面宽度，H为单道焊缝实际厚度），当Φ值较小时，焊缝截面呈深而窄形状，结晶偏析现象严重，最易产生热裂纹。

一般说，提高焊缝形状系数Φ值，可以提高抗裂性能，从图3可知，对于Q345（16Μn）钢，含C≤0.20%时，需
Φ值≥2，方可避免热裂纹产生。

3.3原焊接工艺参数对Φ值的影响
根据表1焊接工艺参数，T型角接接头腹板双面X型坡口的角度为45°，先焊面打底焊缝的焊接电流为880A；电弧电压36V，焊接速度38cm/min，进行焊接后，焊缝的熔深度即厚度H 可达6～7mm，而焊缝表面宽度B约为5～6mm，其焊缝形状系数Φ=B/H≤1，形成的焊缝截面形状深而窄，而且焊缝表面凸起，焊接应力较大。

因此φ值较小，焊缝抗裂性能低，是造焊缝中间部位产生焊接缝裂纹的主要因素。

因此Φ值是产生焊裂纹的因素。

3.4改进焊接工艺增大Φ值
为增大焊缝形状系数Φ值，可将腹板坡口角度从原定45°增大至55°～60°，同时将先焊面打底焊缝的电弧电压提高至38V，焊接速度减慢到33cm/min，通过这两项工艺参数改进，焊后经测检，焊缝宽度明显增宽至B=12～13mm，而焊缝熔深H基本不变，约6～7mm，结果焊缝形状系数Φ≈2，焊缝截面形状显著改善，而且焊缝表面光滑且与两坡口面熔合过渡良好，并呈显凹弧形，减少了焊接应力（见图4），从而提高了焊缝抗裂性能，有效抑制裂纹产生，经超声波检测均未发
现焊接裂纹缺陷。

4 T型角接接头全熔透焊接工艺
4.1背面碳弧气刨清根的常规工艺
T型角接接头双面埋弧焊，为保证焊透，一般在先焊面焊完后，还必须在背面焊前进行碳弧气刨清根，然而T型角焊缝的清根要比对接焊缝的清根操作难度大很多，因为T型角焊缝清根操作不当，易使碳弧偏离缝隙，咬掉翼缘板面，造成焊接未焊透，而且清根形成刨槽，需打磨清理和补焊填金属，工作量增大，相当于焊接3道焊缝时间。

同时经过清根补焊工序，工件又经历两次热循环过程，对工件变形也不利。

若按照常规的工艺生产，根本无法如期完成工程任务。

因此，必须改进常规工艺方法。

4.2先焊面打底焊缝全熔透焊接工艺
若要避免碳弧气刨清根，必须要求T型角接接头先焊面打底焊缝全熔透。

为此，应改进常规的焊接工艺。

其一是严格控制坡口尺寸，以便配合大焊接规范参数；其二是背面封底工艺。

经工艺分析比较和评定试验，认为由于企业加工设备条件限制，大面积、中厚度腹板开坡口，只能采用火焰切割加工，因此无法严格控制坡口尺寸，如果坡口钝边太小，又留有间隙，很容易被焊接电弧烧穿，如果坡口钝边太大，或不留间隙，又有可能焊不透。

所以控制坡口尺寸的工艺措施很难实现。

背面封底工艺，分别有焊条电弧焊封底、铜衬垫滑块或陶瓷衬垫封底、及焊剂垫封底三种方法。

第一种方法要清根，不可取。

第二种方法成本投资太大，不现实。

唯有第三种采用焊剂封
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底，配置石棉衬托及扁钢带点固方法最为适用，而且切实可行。

经过实践，此种工艺方法解决了先焊面大规范参数打底焊全熔透的技术难题，免除背面碳弧气刨清根，大大提高焊接工效，确保高质量按期完成工程任务。

4.3焊丝与翼缘板夹角的调整
从焊评试件取样宏观检查中，发现先焊面打底焊缝有偏离T 型角接缝隙中心位置的现象，即偏向翼缘板一侧，这一状况很容易造成焊缝未焊透，经分析，这与T 型角接接头的结构形式有关。

为此必须将原来工件（摆放在龙门台架上）45°船形位置，（见图5），作适当调整，即将腹板与水平面夹角调小至35°，使得焊丝与翼缘板夹角由45°减小为32°～34°，这样焊丝可伸向角接缝隙根部，让电弧稍为偏向腹板钝边，进行焊接，同时在龙门台架行走过程中，操作工应随时监控焊丝对正角接接头缝隙位置，从而确保先焊面打
底焊缝全熔透焊接顺利进行。

5 结论
（1）H 型钢梁T 型角接接头的腹板坡口角度增大，可以改善先焊面打底焊缝的焊缝截面形状，增加焊缝形状系数，有效提高焊缝抗裂性能，避免焊接裂纹产生。

（2）T 型角接接头背面采用焊剂垫封底，配置石棉衬托及扁钢带点固的新工艺，能保证先焊面打底焊缝全熔透，免除背面碳弧气刨清根，提高焊接工效，满足了工程质量和工期要求。

参考文献：
[1]《焊接手册》[S],（材料焊接、焊接结构）,中国机械工程学会焊接学会,2001.7. [2] 陈伯蠡编.金属焊接基础[M],清华大学,1982. [3] 张文铖主编.金属熔焊原理及工艺[M],天津大学,1979.
作者简介：刘增荣，（1948 年～），男，焊接工程师；讲师。

主要从事焊接培训与鉴定。

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5结束语
只要根据上杭县铜产业发展的实际情况，科学决策、合理规划、措施得当、借助于建设海峡西岸经济区的强劲东风，上杭人民实现打造海西百亿铜业的雄心壮志，也就为期不远了。

参考文献：
[1]《中国取代美国成为世界上最大的铜消费国》[OL]http//: 网. [2]《上杭铜产业之花盛开》[OL] http//: 网.
作者简介：温云涛，(1957年～)男，上杭县铜业局，工程师，主要从事铜产业招工培训工作。