悬 空 埋 弧 焊 工 艺

埋弧焊工艺

1、悬空埋弧焊是一种不用任何衬托和辅助设备、装置的埋弧焊工艺方法，埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强，在无任何衬托和辅助装置情况下，易造成焊穿或液态金属流失；为防止焊穿，减小正面第一层焊接电流，造成第一层厚度减薄，在施焊背面第一层时，焊接电流受正面第一层厚度限制而无法增大，不能保证接头熔透，出现连续性中心未焊透、大气孔。其次，为排除未焊透、气孔等缺陷，须通过提高电弧穿透力来增加焊缝熔深，必须增加焊接电流，焊接电流增大时：一方面，若坡口较窄，限制了熔池扩展，熔池深度增加，电弧搅拌作用增强，熔渣卷入熔池不易上浮，同时，熔融金属过热，熔渣高温时间长，金属、渣界面处渣中阴离子长大，使熔渣质点移动困难，粘度增大，进一步阻碍了渣的浮出，渣与界面金属紧密结合，造成脱渣困难和夹渣；另一方面，电弧搅拌作用增强，熔渣高温存在时间长，强制冷却成型作用弱化，焊缝表面成型粗糙；尤其环缝焊接时，熔池运动结晶，焊缝尺寸更难控制，造成成型不良；其三焊丝熔化量增大，造成余高过高；同时，焊接大线能量条件下，焊缝、热影响区组织晶粒严重长大，使接头性能，尤其是韧性受到显著影响。如此，要改善悬空埋弧焊工艺应注意以下几方面问题：（1）降低每层热输入，保证接头性能。（2）保证焊透，防止焊穿、气孔、裂纹等缺陷产生；（3）改善表面成型，降低余高，提高焊缝表面质量；（4）背面不清根，减少层间清渣、打磨量，降低劳动强度，减少污染。考虑采用大坡口小钝边双面悬空埋弧焊工艺。

2、采用大坡口,小钝边双面悬空埋弧焊工艺方法，直流反接。以厚度8㎜、10㎜、12㎜、14㎜、16㎜、18㎜、20㎜、22㎜等常用于压力容器的16MnR试板、筒体及其钛／钢复合板筒体焊缝焊接作为跟踪考察对象，进行工艺试验和参数优化。

3 坡口加工，机械加工方法进行试板或产品纵、环焊缝坡口加工,，根据工件厚度,其接头坡口型式如图1所示:

4 焊接材料

选用H10Mn2焊丝配HJ431焊剂, 焊丝直径Φ3.2㎜\Φ4㎜,焊剂焊前经250℃,2小时烘干。

5 焊接工艺参数

开坡口工件焊接线能量相应不开坡口情况要小。第一层焊接电流选择应防止焊穿，即保证一定电流值，以保证熔化50%以上钝边；背面第一层焊接时，焊接电流在防止焊穿的情况下尽可能大，以保证熔深，从而排除未焊透和气孔缺陷；其它道次焊接采用中等电流多层(道)次焊接。参数选择上应注意焊接电流(I)、电压（U）、和速度（V）匹配，其焊

接工艺参数如表2：

6 接头组对及焊前准备

组对前，将坡口两侧各30㎜范围内钢表面锈皮打磨处理直至露出金属光泽。接头组对应保证错边量尽可能小，最大不超过1㎜,间隙小于0.5㎜；焊前，接头区域用高压风吹除

(a) H=8、10㎜；

(b) H=12、14、16㎜；

(c) H=18、20、22㎜

灰尘，适当方法清除焊接区水分和油污；焊丝伸出长度25－30㎜，始终保持焊丝与接头中心垂直,施焊环缝时根据筒体直径及参数，焊丝沿焊接反方向偏移40－100㎜的偏移量。试验及应用结果分析

利用以上试验参数进行埋弧焊试板及产品焊接。外观检查：焊缝表面成型良好，表面光亮均匀，无表面气孔、咬边等缺陷，焊缝尺寸能满足工艺、标准要求；RT射线检测：焊缝洁净，黑度均匀，纵缝一次合格率达99%，环缝一次合格率达到95%，合格焊缝均为一级片，不合格焊缝，焊接缺陷一般为中心未焊透、气孔，且缺陷明显；接头弯曲试

验（α=180o，D=4t）试样全部合格，且多层焊接头弯曲试样侧面焊缝层次清晰，中间有细晶层；

大坡口悬空埋弧焊有利于提高接头质量。大坡口悬空埋弧焊采用机加工制备坡口，坡口、钝边平整，洁净。组对前，坡口两侧各30㎜范围内钢面氧化皮打磨清理干净，焊前将坡口内水分、油污等杂质清理干净，保证了焊接区内无污物存在，排除了气孔来源。坡口、钝边规则平整，间隙、错边量易于控制，间隙能控制在≤0.5㎜，错变量能控制在≤1.0㎜，以保证接头中心母材金属厚度均匀性和间隙均匀性，提高接头组对质量，有利于焊接过程中参数稳定。大坡口存在，一方面，保障电弧自由扩散，焊接层厚度减薄，有利于焊缝中气体和熔渣上浮；为熔化焊丝提供了去处，有利于降低焊缝余高；另一方面，电弧拘束度降低，焊穿的几率降低，焊接电弧能顺利达到坡口根部，随钝边减小，增大了一次焊透率，有利于焊接质量和效率的提高。钝边尺寸减小，单层焊接热输入减小，熔渣冷却加快，脱渣容易，熔渣强制成形作用凸现，焊缝成型优异。同时焊接参数的减小，熔宽、余高相应降低。大坡口双面悬空埋弧焊工艺，关键在正面第一层及背面第一层焊接电流的选择，如果焊接电流选择合适，焊接接头组对良好，焊接过程中利用埋弧焊大电流，熔池存在时间长,焊接适应性强的特点，焊接过程可实现不清根，不打磨。从而减少了工作人员清根、打磨时间，减少了车间灰尘量，减少了工序，节约了时间、材料，劳动力，提高了劳动效率，改善了环境。

表2 大坡口双面悬空埋弧焊工艺参数

根据试验及生产应用情况可以看出：

1 大坡口双面悬空埋弧焊充分利用了埋弧焊焊接适应性强的特点，采用机械加工制备坡口，提高了组对质量，同时注意组对前清锈和焊前清理，提高了焊接过程的参数稳定性，排除气孔、夹渣、未焊透缺陷形成的可能性。

2 大坡口的存在，使电弧能自由扩散，熔池尺寸增大，在同样熔化速度下，焊接层厚度降低，有利于熔渣和气体上浮，减少了层间夹渣、清渣，降低焊缝余高；

3大坡口，小钝边，降低了单层热输入，焊接层次增加，焊接电弧能到达坡口根部，在不清根条件下，提高了一次焊透率，熔渣强制成形作用增强，改善焊缝外观成型，增加层间焊道退火作用，提高了接头质量和性能，减少清根，改善劳动条件，降低劳动强度。4大坡口悬空埋弧焊，焊接材料对接头性能影响明显，应注意根据不同母材选用焊材，保证合金元素合理过渡，从而有效保证接头性能；

5 表明大坡口小钝边双面悬空埋弧焊工艺适于压力容器钢（碳钢、低合金钢）或钛/钢复合板筒体纵、环焊缝的焊接。

6、．主要焊接缺陷及其产生原因

（1）气孔

埋弧焊焊缝产生气孔的主要原因及防止措施如下：

1)焊剂吸潮或不干净焊剂中的水分、污物和氧化铁屑等都会使焊缝产生气孔，在回收使用的焊剂中这个问题更为突出。水分可通过烘干消除，烘干温度与肘间由焊剂生产厂家规定。防止焊剂吸收水分的最好方法是正确储存和保管。采用真空式焊剂回、收器可以较有效地分离焊剂与尘土，从而减少回收焊剂在使用中产生气孔的可能性。

2)焊接时焊剂覆盖不充分由于电弧外露并卷入空气而造成气孔。焊接环缝时，特别是小直径的环缝，容易出现这种现象，应采取适当措施，防止焊剂散落。

3)熔渣粘度过大焊接时溶入高温液态金属中的气体在冷却过程中将以气泡形式溢出。如果熔渣粘度过大，气泡无法通过熔渣，被阻挡在焊缝金属表面附近而造成气孔。通过调整焊剂的化学成分，改变熔渣的粘度即可解决。

4)电弧磁偏吹焊接时经常发生电弧磁偏吹现象，特别是在用直流电焊接时更为严重。电弧磁偏吹会在焊缝中造成气孔。磁偏吹的方向、受很多因素的影响，例如工件上焊接电缆的联接位置：电缆接线处接触不良、部分焊接电缆环绕接头造成的二次磁场等。在同一条焊缝的不同部位，磁偏吹的方向也不相同。在接近端部的一段焊缝上，磁偏吹更经常发生，因此这段焊缝气孔也较多。为了减少磁偏吹的影响，应尽可能采用交流电源；