箱形柱熔嘴电渣焊_SES_焊接技术

作者简介：赵庆科（１９７４－），高级工程师，西安建筑科技 大学在读土木专业工程硕士。
及有锈、油污、水分等有害物质，以 免焊接过程中产生停顿、飞溅或焊缝 的缺陷。在起弧底板处施加焊剂，一 般为１２０￣２００ｇ，以使渣池深度能达到 ３０￣５０ｍｍ。
４ 焊接过程
熔嘴电渣焊是电渣焊的一种焊接 形式。用于箱形柱隐蔽焊缝立向上焊 位置的焊接方法。
渣池深度与产生的电阻热成正比， 渣池深度稳定则产生的热量稳定，焊 接过程也稳定。渣池的深度要求一般 为３０￣６０ｍｍ。渣池太深则电阻增大使 电流减小，使母材边缘熔化不足，焊 缝不成形。渣池太浅则电流增大，电 压减小，电渣过程不稳定。如果衬板 与母材密贴不严，造成熔渣突然流失， 熔嘴端即离开了渣池表面，仅有焊丝 还在渣池中，导电面积减小，电流突 降，电压升高，必须立即添加焊剂方 能继续焊接过程。
［摘要］ 箱型截面由于其优越的截面性能，越来越多地被采用。小截面（长度与宽度≤９００ｍｍ）箱型构件的 加工过程中，电渣焊是必不可少的，并且是整个加工流程的瓶颈环节。本文主要介绍了熔嘴电渣焊的焊接流程与 焊接参数，对于电渣焊的操作具有参考与借鉴价值。
［关键词］ 箱型柱；熔嘴电渣焊；焊后处理
１概述
山东曲阜孔子文化会展中心的工 程特点是工程量大、时间紧。箱形柱 加工制作占整个钢结构加工量的３／４。 箱形柱隔板与翼缘板焊缝是隐蔽焊缝， 焊机为国产ＺＨ－１０００／１２５０悬挂式电渣 焊机。焊接设备由电源、送丝机构、 龙门架三大部分组成，采用了熔嘴电 渣焊（ＳＥＳ）焊接技术。
由于川渝气田所产天然气含Ｈ２Ｓ 及ＣＯ２较高，为了降低它们对管道内 部的腐蚀，在管道试压合格后必须对 其进行干燥处理，具体工艺流程为： 试压合格—清管器发射和接收—空气 净化设备的就位连接调试—管道除水 —擦拭—初步干燥—深度干燥—密闭 稳定观察—验收，打破了以前川渝气 田天然气管道施工只试压不干燥的施 工方法，从而有效地保证了管道运输 的安全。
缺陷种类 热裂纹
未焊透或焊透
表３ 熔嘴电渣焊焊缝缺陷产生原因及预防措施
产生原因
预防措施
１）熄弧引出部分的热裂纹是由于送丝速度 １）采用正确的熄弧方法，逐步降
没有逐步降低，骤然断弧而引起。
低送丝速度。
１）焊接电压过低；
２）送丝速度太低；
１～３）针对性地调整到合理参数；
但未熔合同时 ３）渣池太深；
４）保持电渣过程稳定；
整个焊接阶段，应按预先设定的
现代焊接 ２００８年第１２期 总第７２期 Ｊ－ ３１
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表２ 相应的焊缝金属化学成分及接头机械性能实例
板厚
σｂ
（ｍｍ） （ＭＰａ）
侧弯 ｄ＝４０ｍｍ
冲击功（Ｊ）（２０℃）
焊缝中心
４．２ 焊接阶段 熔嘴管焊条外涂药皮与母材坡口
绝缘，因而坡口间隙至少保证熔嘴外 径与母材空隙不小于３￣６ｍｍ，可以连 续施焊而不发生短路故障。
由焊丝穿过外涂药皮导电的熔嘴 钢管作为熔化电极，熔嘴管焊条从顶 端伸入母材的坡口间隙内，施加一定 数量的焊剂，主电源通电同时焊丝送 进。由于焊丝与母材坡口底部的引弧 板接触产生电弧，电弧热使熔嘴钢管 和外敷的药皮及焊剂同时熔化而形成 渣池。渣池达到一定深度后电弧过程 转为电渣过程，同时使母材熔化形成 熔池，随着熔化电极、焊剂、母材的 不断熔化，形成的金属熔池在空气的 冷却下不断凝固，而比熔融金属比重 轻的熔渣浮在熔池之上形成立焊缝， 熔池上升到待母材坡口全长后，继续 进行焊接，直至将渣池及熔池引出母 材端的引出板（铜夹块）夹缝，方可 断电停止焊接，等引出板温度缓降１０ ｍｉｎ后方可取开铜夹块。焊完后不宜马 上移开铜夹块，以防冷却过快，产生 裂纹。
花检查；通过以上措施有效地保证了 管道防腐绝缘质量，提高了管道使用 寿命和安全运行。 ２．３ 通信光缆铺设
通信光缆铺设采用目前管道施工 通信最先进的气吹敷设法，实现了光 缆施工的机械化，极大地提高了施工 进度，降低施工成本，缩短施工工 期，节省大量的人力物力，并且提高 了管道通信质量。 ２．４ 吹扫及干燥
时，电压下降，可随时添加少量焊剂。 声波探伤，发现熔敷金属与母材的周
随时观测母材红热区，以免熔宽过大， 围有未熔合现象，影响了焊缝内在质
烧穿母材。
量。
４．３ 熄弧阶段
后经多次试验、更换焊剂，焊剂
熔池必须引出到被焊母材的顶端 调整为ＪＦ６００，焊丝为Ｈ０８ＭｎＭｏＡ ２。
以外，熄弧时应逐步减小送丝速度与
针对以上气候特点结合本单位实 际条件，制定出一套严密的施工事故 应急预案，并且不定期进行演练，利 用相关社会依托使预案得以有效实现， 从根本上保证了施工人员及设备的安 全，保证了施工人员出勤率及设备的 完好率，有效地保证了施工顺利进行。
质量管理及控制方面：要求所有 施工单位技术员和施工员必须到现场， 以便及时解决施工过程中所遇到的问 题和困难，对于不能准确确定弯头的 地方，利用ＧＰＳ定位以保证施工台班 顺利施工。
产生的缺陷是未熔合或未焊透，必须 仔细控制焊接工艺参数予以避免，熔 嘴电渣焊焊缝缺陷产生原因及预防措 施见表３。
８ 结束语
通过对曲阜文化会展中心箱型柱 的焊接，以上的焊接规范及措施确保 了箱型柱的焊接质量。经超声波探伤 一次合格。由此证明，焊接参数切实 可行。
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３ 夏季施工ＨＳＥ管理及质量控 制措施
管道所经区域内的河流均属于长 江水系，受地形和气候影响，具有明 显夏雨型和山地型河流的特征，线路 所经过的河流均略呈向心状汇聚于盆 地南部，从南北两个方向注入长江。 区内各河流冲沟的水量主要受降雨补
给，季节性变化特征明显，降水量年 内分配不均，各江河径流量年内变化 较大，一般４￣５月水量渐增，６￣９月为 汛期，１０月汛期结束，１１月￣次年３月 为枯水期。汛期河水中带有大量泥沙， 水流湍急，冲刷严重。区域性的暴雨 洪水时有发生，常常造成严重的洪水 灾害。
存在夹渣
４）电渣过程不稳定；
５）调直熔嘴，调整位置。
５）熔嘴沿板厚方向位置偏离原设定要求。
气孔
１）堵缝的耐火泥污染熔池； ２）熔嘴、焊剂或母材潮湿。
１）仔细操作； ２）焊前严格执行烘干规定。
度。各参数的影响简述如下： ７．１ 电压
电压与熔缝的熔宽成正比关系， 在起弧阶段所需电压稍高，一般为４２ ￣４６Ｖ，便于尽快熔化母材边缘和形成 稳定的电渣过程。正常焊接阶段时（电 渣过程），所需电压稍低，一般为３６ ￣４０Ｖ。如电压太高，焊丝易与渣池产 生电弧，母材边缘熔化也太宽。如电 压太低，焊丝易与金属熔池短路，电 渣过程不稳定，同时母材因熔化不足 而产生未熔合缺陷。 ７．２ 电流
通过在焊接材料上加以选型改进，
电流，并采取焊丝滞后停送填补弧坑 焊接规范合理调ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，焊接电弧、电压
的措施以避免裂纹、减小收缩。
稳定。焊接试验进行顺利，经超声波
５ 焊后处理
由于引弧过程不稳定，热量不足， 不能形成渣池与熔池明确区分的电渣
探伤合格。 ６．１ 焊接检验
超声波探伤按照ＧＢ１１３５－８９—Ｉ级 合格。
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箱形柱熔嘴电渣焊(SES)焊接技术 Welding technology of
box-shaped column consumable nozzle electroslag welding (SES)
西 安 建 筑 科 技 大 学 赵庆科 上海宝冶建设有限公司 阎增兴
采用Ｅ６０１０（Φ３．２ｍｍ）焊条进行 根焊（上向），Ｅ５０１５－Ｇ进行填充和盖 面，既保证了返修焊质量，又提高了 施工进度。 ２．１．４ 河谷地带和公路穿越施工方法
大的河谷地带和公路穿越的地方 利用定向钻和顶管穿越施工技术，有 效避免了对环境和路基的损坏，节约 了施工成本。 ２．２ 防腐绝缘及补口补伤 ２．２．１ 防腐、补口及补伤材料。 ２．２．２ 管道外防腐全部采用三层聚乙 烯加强级防腐，由防腐厂集中防腐， 现场补口补伤；防腐层具体要求：最 小防腐层厚度为３．７ｍｍ，管端防腐层预 留头长度为１４０￣１５０ｍｍ。 ２．２．３ 补口采用带配套底漆的三层辐 射交联聚乙烯热收缩带（套），与主体 防腐层的搭接宽度≥１００ｍｍ。 ２．２．４ 对于三层ＰＥ防腐层管段，损伤 （包括针孔）处直径≤３０ｍｍ时，采用 补伤片补伤；直径＞３０ｍｍ损伤，先用 补伤片进行补伤，然后采用热收缩带 包覆。 ２．２．５ 在回填过程中再进行一次电火
一般等速送丝的焊机，其送丝速 度快时电流大。电流与焊接区产生的 热能成平方正比关系，电流愈大，产 生热量愈高，熔嘴、焊丝与母材的熔 化愈快，相应焊接速度快，但电流的 选择受熔嘴直径的限制，如电流过大， 钢管因承受电流密度太大而发热严重， 熔嘴的药皮发红失去绝缘性能。因此 电流应根据熔嘴直径和板厚作适当选 择，一般常用φ１０ｍｍ、φ１２ｍｍ钢管 所能承受的电流范围。 ７．３ 渣池深度
机头由送丝机构及控制箱、焊丝 盘、机架、熔嘴夹持、机头固定、位 置调整装置组成。其结构与功能除了 机架为固定不能行走且没有焊剂输送 装置以外，其他与埋弧焊相近。一般 采用埋弧自动焊机稍加改装即可使用。 电渣焊过程分为引弧、焊接、收弧三 个阶段。 ４．１ 引弧阶段
设定长度的熔嘴被固定夹持于机 头上，焊丝通过熔嘴中心连续送进， 机头则不需要摆动。采用短路引弧法， 或接触摩擦引弧法，焊丝伸出长度为 ３０￣３５ｍｍ，伸出长度太短时，引弧的 飞溅物易造成熔嘴端部堵塞，太长时 焊丝易断，过程不能稳定进行。
２ 坡口形式
由于柱子是箱型结构，坡口形式 是Ｉ形接头。焊缝坡口几何尺寸见表１。
３ 焊前准备
３．１ 引弧、引出铜模块的准备。一般 引弧区及引弧板长度应达到板厚的２￣ ２．５倍，引出板长度则应达到板厚的１．５ ￣２倍。 ３．２ 熔嘴需经烘干（１００￣１５０℃×１ｈ）， 焊剂若受潮也必须烘干（１５０￣３５０℃× １ｈ）。 ３．３ 检查熔嘴钢管内部是否通顺，导 电夹持部分及待焊构件坡口是否密贴以
（下转第Ｊ－３４页）
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ｍｍ根焊０．６６ｋｇ／口、填盖焊２．０１３ｋｇ／口， φ ８１３ｍｍ×１１ｍｍ根焊０．６６ｋｇ／口、填盖 焊 ２．８８２ｋｇ／口，φ ８１３ｍｍ× １４．２ｍｍ根 焊０．６６ｋｇ／口、填盖焊４．４３３ｋｇ／口），大 大节约了施工成本。 ２．１．３ 主线路返修
热影响区
２５ ５１５，５１０ 无裂纹 ２８、４０、２８ ＞２７０、＞２７０、２６４
３８ ５４０、５３０ 无裂纹 ４６、４２、４４
５２、５０、５０
坡口形式及工艺参 数见表１。
首先选用焊剂 ＨＪ４３１；焊丝Ｈ０８－
参数值调整电流、电压，并随时检查 Ｍｎ２ＳｉＡ直径φ２ｍｍ。通过试验证明ＨＪ
渣池深度，渣池深度不足或电流过大 ４３１焊接过程电弧电压不稳定。经过超
过程，因而焊缝不致密和不连续造成 夹渣、未熔合缺陷严重，而收弧区由
６．２ 力学性能 通过力学性能实验各项性能指标
于熔池收缩、渣池流失和弧坑裂纹的 均合格，见表２。
存在，焊后均需割除。
７ 焊接参数对焊接质量的影响
６ 焊接工艺试验
影响焊接质量的主要工艺参数有
针对Ｑ３４５Ｂ钢材进行焊接试验， 焊接电压、电流、送丝速度和渣池深
后勤管理及保障方面：严格按ＨＳＥ 相关规定落实后勤保障及相关物质的 供应。
４ 结束语
通过以上新的施工工艺措施证明， 在丘陵地区油气管道施工采用机械化 大流水的作业方式只要措施得当，该 方法是可行的，并且值得推广。
（上接第Ｊ－３２页） 熔嘴电渣焊由于热输入大、熔池
存在时间长、焊缝冷却速度慢、熔池 有熔渣保护等原因，一般在正常操作 条件下，Ｑ３４５Ｂ钢焊接时不易产生气 孔、夹渣、冷裂纹缺陷，而比较容易