单面焊双面成形焊接技术在板状加工的技术分析

手工焊条电弧焊是中等职业技术学校进行技能训练、技术考核、技能竞赛等所遇到的。手工焊条电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法，通常用于焊接碳钢板和低合金钢板。单面焊双面成形焊接技术是采用普通焊条，以特殊的操作方法在坡口背面无任何辅助衬垫的条件下，在坡口正面进行焊接，焊后保证坡口的正反面都能得到均匀整齐、成形良好、符合质量要求的焊缝的焊接操作方法[1]。板状试件单面焊双面成形焊接的操作中，焊条熔滴受重力等影响容易偏离焊条轴线，熔池金属受重力等影响容易下坠，甚至流淌至下坡口面，造成未熔合及夹渣等缺陷。要保证焊透，用开V形坡口的形式进行多层多道焊，第一层打底焊道的焊接是操作的关键，正确的运条角度，控制熔池形状，使熔池金属的冶金反应较完全，气体与杂质排除干净，并与母材很好地熔合，在培训考证、技能竞赛时要通过透视检验。
　　
　　一、工艺特点
　　单面焊双面成形主要适用于板状对接接头、管状对接接头、骑座式管板接头，按接头位置不同可进行平焊、立焊、横焊、仰焊等位置操作焊接，用于坡口的对接。
　　例如板状横焊的底层采用单面焊双面成形的焊接技术，在空间位置不同，使焊缝的上边缘出现咬边、夹渣等焊接缺陷。而下部与中部也容易产生未熔合、层间夹渣等焊接缺陷，同时横焊试板位置处于水平线上，大多采用多层多道焊，焊缝重叠排列堆焊而成，焊缝成形控制比较困难。要保证焊缝良好的成形和质量要求，必须选择最佳焊接规范和合适的运条手法[2]。配合合适的运条角度观察熔孔的大小，控制焊接速度易于保证焊缝成形。
　　
　　二、工艺方法
　　单面焊双面成形焊接方法主要有：断弧焊法和连弧焊法。低碳钢焊接时的打底层焊道采用间断灭弧法。其操作要点在于通过电弧反复交替燃烧与熄灭，并控制熄弧时间，从而控制熔池温度、形状和位置，以获得良好的背面成形和内部质量[3]，横板的实际操作间隙比连弧焊稍大，选用的焊接电流也较宽，使电弧具有足够的穿透能力。间断灭弧法操作显得灵活和适用。而连弧焊法即在焊接过程电弧始终燃烧，并做有规则的摆动，使熔滴均匀地过渡到熔池中，达到良好的背面成形。但是焊接过程随着温度的升高难以控制，熔池形状、尺寸难保证，根部焊透难保证，甚至出现焊瘤。
　　
　　三、横焊位置的工艺分析
　　1.要有合适的坡口角度和钝边、间隙
　　坡口角度和钝边、间隙是影响焊缝成形、尺寸和变形的因素，V形坡口单面焊双面成形的坡口形式和组装的要求比较严格。
　　2.要有合适焊接电流
　　焊接电流：焊接电流直接影响焊道的熔深，单面焊双面成形工艺是采用小的电流灭弧焊进行操作的，采用大电流操作时，容易出烧穿、焊瘤等缺陷。
　　实验证明：当采用直径为3.2 mm的碱性焊条，打底层焊接电流为125～130 A，灭弧焊法从燃弧－焊接－断弧－燃弧－焊接－断弧的循环操作，形成的熔池较合适；填充层电流为130~135 A，焊条作椭圆连弧焊接[2]；盖面层选用直径为3.2 mm ，电流135~140 A，连弧作小椭圆摆动运条法操作，形成的焊道较为合适。
　　3.要有合适操作方法
　　单面焊双面成形工艺是采用较大的电流灭弧焊，四层焊接，打底层、填充层和盖面层采用相同的焊条直径，熔池的温度和尺寸容易掌握，不易产生夹渣、气孔、未熔合等缺陷，总体焊接变形较小；另外焊接接头容易接上，不易产生缺陷，但操作不当也会产生缺陷，要引起注意。
　　4.焊条与工件角度
　　焊接过程中，焊条与工件纵向和横向的角度是保证单面焊双面成形打底焊接质量的关键，需要特别注意。焊接横板时，焊条与前进方向的夹角为60º~65º，与工件后倾角为65º～70º，填充层、盖面层时焊条角度为75º～80º，与工件后倾角为70º～80º[2]。实验证明，角度有较大的影响，操作中应特别注意。
　　5.打底层
　　打底焊时，焊接接头处用角磨机修磨成缓坡形状，修磨时注意不要把坡口的边缘破坏，致使根部间隙变宽，增加打底焊焊接的困难。在竞赛过程中不允许使用角磨机修磨，可以采用錾子把接头錾修出缓坡形状，更换焊条时的接头，焊条引弧应在坡口内接头的熔池进行预热焊接，熔合良好，并焊出熔孔，才可以转入正常的断弧法焊接。如果热接头方法，就要在较迅速准确熟练的情况下才使用。
　　
　　四、横板单面焊双面成形操作
　　1.焊接加工过程
　　焊件加工准备：选用两块材质为Q235的低碳钢板，焊件规格约为300 mm×250 mm×12 mm ，制备V型坡口，按表1进行加工。
　　表1
　　
　　 焊件的清理：用砂轮机清理坡口两面20 mm 范围内的铁锈、氧化皮等污物，直至露出金属光泽。
　　焊条与电源：选用碱性焊条，焊前经350℃~400℃烘焙1h，保温2h，然后放入焊条保温筒中备用。焊前要检查焊条质量，焊接电源采用ZX7-400焊机，直流反接法。
　　装配及定位：定位焊点在两端坡口内侧距板边15~20 mm处向外边缘焊接，采用E5015(J507)焊条定位焊点长度为15 mm，焊透与正式焊时的质量并有足够的强度，放置于焊接架上，准备进行焊接。
　　2.焊接过程
　　横焊焊接工艺参数见表2，重点是打底层焊接过程的运条、焊接角度调节及操作要领。
　　表2 横焊焊接工艺参数
　　
　　打底层的焊接：第一层打底焊采用间断灭弧击穿法。首先在定位焊点之前划擦引弧，随后将电弧拉到定位焊点的尾部预热，当坡口两侧钝边达到半熔化状态时，将熔滴送至坡口根部，并压一下电弧，从而使熔化的部分定位焊缝和坡口钝边熔合成第一个熔池。当听到背面有电弧击穿“噗噗”声时，立即灭弧，这时就形成明显的熔孔。没有这个声音则表示未焊透。然后按先上坡口、后下坡口的顺序依次往复击穿灭弧焊。灭弧时，焊条向后下方动作要快速、干脆利落。从灭弧转入引弧时，焊条要接近熔池，待熔池温度下降、颜色由亮变暗时，迅速而准确地在原熔池的2/3上引弧焊接熔化两侧钝边，再马上灭弧。如此反复地引弧－焊接－灭弧－引弧。焊接时要注意下坡口面击穿的熔孔始终超前上坡口面熔孔约为0.5～1个熔孔，(直径3 mm左右)，每个新熔池覆盖前一个熔池2/3左右，保持电弧的1/3部分在试件背面燃烧，以加热和击穿坡口根部。短弧焊接，灭弧频率也适当提高到每分钟60～70次 ，可以有效地防止熔化金属下坠造成粘接，出现熔合不良的缺陷。
　　在更换焊条灭弧前，必须向熔池反复补充两三滴熔滴，防止背面出现冷缩孔。然后将电弧拉到熔池的侧后方果断灭弧，接头时，在原熔池后面10～15 mm处引弧，焊至接头熔孔处稍拉长电弧，有手感把电弧往后轻压一下，听到“噗噗”声后稍作停顿，形成新的熔池后，再转入正常的断弧法焊接。采用断弧焊方法完成打底层的焊接。坡口背面的焊缝缝余高为1.5～2 mm，正面余高为2～3 mm。
　　填充层的焊接：填充层焊接采用多层多道(共2层、5道)焊接层次和顺序，第一遍填充层为Ф3.2 mm焊条连弧堆焊2道；第二遍填充层，Ф3.2 mm焊条连弧堆焊3道而成。施焊时按照表2的参数调节好，焊前仔细清理打底焊，注意死角处的焊渣清理干净，在距离焊缝始焊端10 mm左右处引弧，将电弧拉回到始焊端进行焊接，每次都应按此方法操作，防止端部焊接缺陷的产生，作小的椭圆形运条，焊条与试板的下倾角为70°～80°。操作时下坡口应压住电弧为好，不能产生夹角，并熔合良好，运条要均匀，不能太快，各焊道要平直，焊缝光滑，互相搭接2/3，在铁水与熔渣顺利分离的情况下堆焊多些铁水让焊缝尽量厚些。较好的填充层表面为平整、均匀、无夹渣、无夹角，最后一层焊缝厚度应低于母材1～1.5 mm，不得熔化坡口棱角(边)，上、下坡口边缘平直，无烧损，以利于盖面层的焊接。
　　盖面层的焊接：盖面层焊接也采用多道焊(分5道)，有5焊道连续堆焊完成。施焊时第1道焊缝压住下边坡口边，施焊速度稍快，第2道压住第1道的1/2，焊接速度比第1道慢些，第3道压住第2道的2/3，第4焊道压住第3焊道1/2，焊速均匀些，第5焊道压住第4焊道1/3，焊接速度应稍快，形成圆滑过渡的表面焊缝，上、下坡口边缘各熔化1.5～2 mm为宜。注意中间层焊速慢些，上、下坡口边缘焊道施焊时运条稍快些，焊道细些、薄些，利于焊缝与母材圆滑过渡，成形良好。
　　
　　五、焊缝质量
　　焊接后应按设计要求、有关标准对焊缝进行严格检查，对焊缝外观、尺寸、表面及内部缺陷进行确认。外观及表面缺陷：表面完整性、弧坑、焊瘤；咬边、火口状态、表面气孔、表面裂纹等。尺寸：余高、宽度；焊缝长度、焊缝宽度。竞赛时X透视内部缺陷：裂纹、未熔合、未焊透、夹渣、气孔都由有透视质检资质单位进行。
　　
　　六、应用
　　尽管焊接技术发展很快，自动化程度也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位。尤其在小直径容器和管道的焊接方面，单面焊双面成形焊接技术的作用更突出，与传统的焊接工艺相比，具有效率高、容易控制、背面及正面成形优良、焊缝内部质量容易达到探伤的质量要求等优点。单面焊双面成形焊接技术应用于制造金属结构、制造金属零件或毛坯，造船、锅炉压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备等制造维修行业中。
　　
　　参考文献
　　
　　[1] 洪松涛,胡宝良,彭华.焊工常用技术手册[M].上海:上海科学技术出版社,2009.
　　[2] 范绍林.焊工操作技巧集锦100例[M].北京:化学工业出版社,2008.
　　[3] 刘纪国.浅谈单面焊双面成形操作技术[J].民营科技,2012(9):71.
　　[4] 范绍林.单面焊双面成形技术的操作(一)[J].现代焊接,2009(6):107-111.
　　[5] 耿淑芳,崔猛.焊条电弧焊单面焊双面成型的质量控制[J].黑龙江科技信息,2012(1):65.
　　[6] 齐景辉.关于钢板对接单面焊双面成型的探讨[J].黑龙江科技信息,2014(8):124.
　　
　　(谢小云，本科，一级实习指导教师)