小管垂直固定焊接工艺优化方案

1.焊前准备

（1）试件加工 选用20钢无缝钢管，其规格为φ57mm×4mm，用车床加工成长100mm，坡口角度为30°的试件，不留钝边。试件及坡口尺寸如图2-22所示。每组试件为3套（16个单节管）。

（2）试件清理 用锉刀、砂纸、钢丝刷等工具，在坡口内外边缘20mm范围内清除铁锈、油质、氧化物及其他污垢，使之呈现金属光泽。然后加工出钝边，由于管壁较薄，留取钝边要稍大些，一般取1.5～2mm。

图2-22 加工试件的尺寸示意图

a）考试件 b）练习件

（3）试件的组对与定位焊 试件组对时，管子轴线中心必须要对正，管的内外壁要齐平，避免产生错口现象。小管组对尺寸见表2-26。

表2-26 小管组对尺寸

试件组对完成后，要实施定位焊。定位焊时所使用的焊条和正式焊接时使用的焊条相同。小管组对定位焊有两种方法：一种是直接击穿成形法，另一种是外装肋板固定法，如图2-23所示。直接击穿成形法是采用与正式焊接相同的焊条和相同的单面焊双面成形工艺操作方法，在坡口内侧焊出10～15mm的焊道两处，要求相互对称，然后将定位焊缝两端修磨成斜坡状，以备正式焊接。外装工艺肋板固定法就是另外制作工艺肋板，在坡口两侧20mm以外搭桥固定。此方法的优点是不破坏坡口间隙，可减少接头搭接数量，并减少出现焊接缺陷的可能性，但此方法只适用于低碳钢的焊接，对有淬硬倾向的钢材则不提倡使用。

图2-23 小管定位焊方法示意图

a）直接击穿成形法 b）外装肋板固定法

（4）焊接电源及焊接材料的选择 焊接电源通常采用BX1—300或BX3—300—1型交流弧焊机。焊接电源的空载电压不低于70～80V，动特性良好。焊条型号可选择E4303，焊前需经150～200°C烘干，保温1h，使用前要检查焊条表面药皮有无开裂、脱落等现象，焊芯有无锈蚀、偏心等。

（5）焊接参数的选择 以20钢φ51mm×4mm的管为例，小管垂直固定焊的焊接参数选择见表2-27。焊接过程中，焊接电流、焊接速度与焊接的部位及焊接的进程有关。当从起焊部位开始焊接时，坡口温度较低，可采用表2-27中所列焊接电流参数值的上限，焊接速度也可选择上限，随着焊接过程的进行，焊件温度逐渐升高，所需热输入量减少，则可选择焊接电流和焊接速度的下限进行焊接。

表2-27 管对接垂直固定焊焊接参数

(www.xing528.com)

2.焊接

（1）引弧 由于选择的焊条直径较小，采用直击法引弧极易使焊条端部与焊件发生短路粘连现象，因此宜采用划擦法引弧。引弧部位可在坡口前方10～15mm处。电弧引燃后，立即拉至定位焊缝斜坡上端，预热1～2s后，迅速压低电弧，稍作停顿即推向坡口内侧，电弧击穿试管根部形成熔孔。此时焊条与焊接方向夹角为65°～75°，与试件下端夹角为65°～75°。当第一个熔孔形成后，立即断弧。熔孔的直径应比坡口每侧间隙大0.5～1mm。

（2）打底焊 在第一个熔孔形成后，采用断弧焊法立即跟进焊接，并在焊接过程中及时调整焊条角度。焊条角度的变化如图2-24所示。

图2-24 焊条角度变化示意图

a）焊条与焊接方向的夹角 b）焊条与试件下端的夹角

小管垂直固定焊接，由于管壁较薄，极易造成焊缝的击穿，因此，每次断弧的时间和每次熔滴送入熔池的时间都相对要短。每次断弧的时间为1～1.5s，而每次起弧焊接的时间则为1s左右为宜，焊接时间稍长，将使背面焊缝出现金属下淌现象。焊接过程中要注意观察熔孔变化情况，当熔孔变大时要延长断弧的时间，以调节熔池温度，避免因熔池温度上升过快导致背面焊缝加高。焊接过程中出现熔渣超前流动影响对熔孔的观察时，应借助电弧吹力将液态熔渣吹敷到熔池后侧，以保证熔孔清晰可见。小管垂直固定焊一般不会出现未焊透现象，但如果焊接过程中液态金属给送过少或焊接频率过慢时，易产生焊缝凹陷现象。因此，保持快速均匀的焊接频率是小管对接垂直固定焊单面焊双面成形的关键。

（3）收弧 收弧时，为防止熔池在过热状态下空气介入产生冷缩孔，必须采用逐步降温的方法断弧。操作方法是停焊前在高温的熔池表面轻轻点焊两下，使熔池缩小后迅速冷却，此时空气尚来不及进入熔池，铁液已呈凝固状态，从而可以防止冷缩孔的产生。

（4）接头 接头方法分为热接法和冷接法。在薄壁小管焊接中，无论采用热接法还是冷接法，均能获得良好的焊接接头。

采用热接法接头时，更换焊条要迅速，在熔池尚未完全冷却还呈红热状态时，即在坡口前方10～15mm处划擦引弧，电弧引燃后，立即将电弧拉到原熔池上，不需对熔池预热，即可压低电弧进行焊接，焊至接头根部击穿焊缝形成熔孔后即可断弧，恢复正常焊接。

采用冷接法接头时，要先将熔池周围15～20mm处的焊渣和飞溅物等清理干净，并将熔孔内侧的焊渣清理掉，以防止坡口内侧出现未焊透和夹渣等缺陷。引弧方法与热接法相同，只是电弧引燃后应拉至原熔池稍向后5mm左右的地方，进行1～2s的预热，然后再压低电弧，焊条做小范围的上下横向摆动焊接，当焊至坡口根部时，将电弧推向背面焊道，形成熔孔后，再恢复正常焊接。与定位焊缝接头时，将断弧焊改为连弧焊，焊条做上下锯齿形横向摆动，为防止连接处产生凹陷，应尽量将电弧向接头根部下压，与定位焊缝实现连接后，不得停弧，应继续向前施焊，直至焊到定位焊缝末端并形成新的熔孔为止。当焊完一周与始焊端连接时，要提前将始焊端接头处的焊渣和飞溅物清理干净，焊至距始焊端3～4mm处时，要将电弧稍稍拉长对始焊部位进行2～3s的预热，预热完成后，迅速将电弧拉回原焊接处，然后压低电弧进行上下锯齿形连弧焊接。注意当坡口根部全部焊接完成后，不要立即断弧，而应向冷却区域继续施焊5～10mm，以防产生打底层焊缝的冷缩孔。

通过对以上焊接过程的分析可以看出，小管对接垂直固定焊单面焊双面成形的机理是：在一定的坡口间隙条件下，采用较短的电弧，给送较少的液态金属，通过熔孔效应，形成内侧较薄的焊缝成形，从而达到实现单面焊双面成形的目的。

小管对接垂直固定焊单面焊双面成形的操作要领是：在焊接过程中要沿环焊缝不断地变换焊条角度，使其始终处于45°～55°状态。间断灭弧的频率控制在1～1.5s之间，每次给送液态金属的时间控制在1s之内。随时注意观察熔孔尺寸并及时调整。在接头和收弧时，要注意断弧焊改连弧焊的时间、动作要领和运条方法及停弧位置，以防止产生焊接缺陷。

（5）盖面焊 由于管壁厚较小，打底焊后焊缝表面与试件表面基本取平，因此无需填充层焊接，直接盖面即可。小管垂直固定焊，焊缝位置为横位，盖面层的焊接宜采用多道焊，一般为两道。

盖面前，要将前道焊缝表面的飞溅物和焊渣等清理干净，特别是在坡口下侧边缘棱角处，要用钢丝刷仔细清理。盖面层第一道的焊接关系到焊缝的整体美观，焊缝不但要直，且表面要平滑。否则在焊接第二道时将难于掌握基准，形成高低不平、宽窄不均的焊道。焊接第一道时，电弧要对准坡口下侧边缘棱角处，为保证酸性熔渣能够紧密跟随焊接熔池向前流动，要求电弧紧贴焊缝表面，并做直线往复的均匀摆动，摆动幅度要小。焊接过程中，焊条角度也要不停地发生变化，当感觉手腕难以围绕环缝进行焊接时，应停止焊接，移动方位之后再行操作。更换焊条后，要在收弧熔池的上部进行接头，然后沿熔池上部向下斜向行走，到达熔池中心部位时，恢复与前边相同的运行操作方法，直至焊完为止。焊条角度与第一层的焊接相同。第二道的焊接引弧位置要与前道焊缝接头部位错开，以避免接头在同一位置影响美观。焊接时，电弧中心对准第一道焊缝的上边缘，焊条向下倾角要尽量减小，一般以80°～90°为宜。焊条与焊接方向的倾角也要较第一层焊接时减小，可控制在70°～80°之间。运条方法为直线形不摆动，速度稍慢于第一道焊缝的焊接。为防止焊缝上侧边缘咬边，焊接过程中要注意将电弧紧贴焊缝表面。