焊接工艺

出处：按学科分类—工业技术 河北科学技术出版社《实用焊接技术手册》第110页（3933字）

1．焊前准备

焊前准备包括焊件坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件装配、焊丝表面清理、焊剂烘干等。这些准备工作直接影响焊接质量，因此应给予足够的重视。

(1)坡口加工 埋弧焊的坡口形式与尺寸可参照GB896－88确定。一般情况下，当板厚小于14mm时可不开坡口，当板厚为12～44mm时开V形坡口或U形坡口；当板厚大于44mm时开双V形或双U形坡口。

坡口可用刨边机、车床、气割机等设备加工。加工后的坡口尺寸及表面粗糙度等必须符合设计图纸或工艺文件的规定。

(2)待焊部位的清理 焊前应将坡口以及坡口两侧20～50mm区域内的铁锈、氧化皮、油污、水分等清理干净。对于小型焊件，坡口及其附近的氧化皮及铁锈可用砂布、钢丝刷、角向磨光机打磨；对于大型焊件，通常采用喷砂、抛丸等方法处理。油污及水分一般用氧－乙炔火焰烘烤。

(3)焊件的装配 焊件的装配要求较高，必须保证间隙均匀、高低平整且不错边。除此之外，还应注意以下几点：

①定位焊缝采用手工电弧焊或气体保护焊进行焊接，定位焊缝原则上应与母材等强，且应平整，无气孔、夹渣等缺陷，长度一般应大于30mm。

②直缝两端加装引弧板与熄弧板，焊后再割掉，其目的是使焊件上的焊缝截面尺寸保持稳定，并去掉引弧和收弧位置处出现的缺陷。

(4)焊接材料的清理 埋弧焊丝与焊剂参与焊接冶金反应，对焊缝的成分、组织和力学性能影响极大，因此，焊前应加强焊丝清理，并烘干焊剂。

目前市售的焊丝一般有防锈铜镀层。使用前，应注意去除掉焊丝表面的油及其他污物，以防止氢气孔。如果所用的焊剂无防锈铜镀层，焊前还应去除焊丝表面的铁锈及氧化皮等。

焊剂使用前应按要求烘干。酸性焊剂应在250℃下烘干，并保温1～2小时。限用直流的高氟焊剂必须在300℃～400℃下烘干，保温2小时。烘干后应立即使用。

2．典型焊接工艺参数

(1)平板对接 平板对接时可采用单面焊双面成形，也可采用双面焊。

①单面焊双面成形 利用该方法可焊接厚度在20mm以下的工件，一般不开坡口，但需留有较大的间隙，并利用铜衬垫、焊剂垫或热固化焊剂垫承托熔池。这种方法的优点是不用翻转工件，一次将工件焊好，焊接生产率较高。缺点是焊接热输入大，焊缝及热影响区晶粒粗大，接头韧性很差。板厚越大，该问题越严重，因此这种方法一般不用于焊接12mm以上的钢板(微合金钢除外)。单面焊双面成形的焊接工艺参数如表1－3－26所示。

表1－3－26 埋弧焊单面焊双面成形工艺参数^［2，10］

②双面焊悬空焊接法 利用悬空法焊接时，工件背面不加衬垫，不需要任何辅助设备和装置。为防止液态金属从间隙中流失或烧穿，要求严格控制间隙，装配时一般不留间隙或间隙≤1mm。焊接正面的工艺参数应较小，熔深小于焊件厚度的一半；翻转工件后再焊反面，为保证焊透，适当增大焊接电流，保证熔深达到焊件厚度的60%～70%。焊接工艺参数如表1－3－27所示。

表1－3－27 Ⅰ形坡口悬空双面焊工艺参数^［1］

③Ⅰ形坡口衬垫成形法 焊前应根据工件厚度预留一定间隙，以保证焊剂充分进入到间隙中。不同板厚的预留间隙和焊接工艺参数如表1－3－28所示。

表1－3－28 Ⅰ形坡口衬垫成形法焊接工艺参数^［2］

焊正面焊缝时，可采用焊剂垫或临时工艺垫板，以防止烧穿或焊漏。工艺参数必须保证使熔深大于工件厚度的60%～70%。焊反面前应首先挑焊根，采用与正面相同的规范或稍小的规范进行焊接。

采用焊剂垫法时，要求工件下面的焊剂在整个焊缝长度上与工件紧密贴合，并且压力均匀。若背面的焊剂过松，会引起漏渣或液态金属下淌。

采用临时工艺垫板法时，焊接反面前，需去除临时工艺垫板并挑焊根后再进行焊接。

④V形或X形坡口双面焊 厚度较大时，开V形或X形坡口，采用焊剂垫、铜衬垫等进行焊接。典型的工艺参数如表1－3－29所示。

表1－3－29 开坡口的双面焊工艺参数^［1］

⑤薄板埋弧焊 采用细焊丝、细颗粒焊剂时可焊接3．0～1．0mm厚的薄板。应严格控制装配间隙，且最好在装有焊剂垫或铜衬垫的电磁平台上进行焊接，如果装配间隙可控制得很小，也可采用悬空法进行焊接，典型的工艺参数如表1－3－30所示。

表1－3－30 薄板埋弧焊工艺参数^［10］

(2)角接焊缝的焊接 角接焊缝有两种焊接方法：平角焊及船形焊。平角焊时，两个工件中有一个位于水平位置，而熔池不在水平位置。船形焊时，熔池位于水平位置。前者具有较好的工艺性能，因此，应尽可能利用该方法。

①船形焊 船形焊时，焊丝处于竖直位置，熔池处于水平位置，最有利于焊缝成形，不易产生咬边或满溢等缺陷。而且可通过调整工件的倾斜角度来控制腹板和翼板的焊脚尺寸，要求焊脚相等时，两个工件与垂直位置成45℃。船形焊的工艺要求如下：

a．将间隙尺寸控制在1．5mm以下，否则易出现烧穿或焊漏现象。如果无法控制间隙，则应采用适当的防漏措施。如图1－3－17所示。

图1－3－17 船形焊法的防漏措施^［10］

b．电弧电压不宜太高，以免产生咬边。

船形焊的工艺参数如表1－3－31所示。

表1－3－31 船形焊的工艺参数^［2］

②斜角焊 当由于某种原因，工件不能翻转至船形位置时，才采用斜角焊法。如图1－3－18所示。这种方法的优点是对间隙不敏感，缺点是对单道焊焊脚及焊丝位置要求很严格。该方法的工艺要求如下：

图1－3－18 斜角焊^［2］

a．单道焊焊脚不得大于8mm，以防止咬边。当要求焊脚大于8mm时，应根据焊脚尺寸采用多层焊或多层多道焊。

b．焊丝偏角α(图1－3－18)应适当，一般应在20°～30°之间，否则易产生咬边及腹板未焊合缺陷。

c．电弧电压不宜太高，以防熔渣流溢。

斜角焊的工艺参数如表1－3－32所示。

表1－3－32 斜角焊的工艺参数^［1］

(3)环缝的焊接 锅炉及压力容器上的筒节与筒节以及筒节与封头间的对接环缝，通常采用悬臂式埋弧焊机进行焊接。焊接时焊头固定，通过筒体在滚轮架上转动来完成整条焊缝的焊接。一般采用双面焊。

环缝双面焊时通常先焊内环缝，焊接方式如图1－3－19所示。焊剂垫由滚轮和撑托焊剂的皮带组成，利用圆筒形工件与焊剂间的摩擦力带动皮带，不断向焊缝背面添加新焊剂。由于在焊接过程中熔池的位置不断发生变化，为了防止熔池金属的流溢，保证焊缝成形，焊丝应偏离通过圆筒中心的垂直面一段距离，这个距离叫偏移量，一般用e表示。偏移量应与旋转方向相反，其大小应能保证使熔池在旋转到水平位置时凝固成焊缝，以防止熔池金属流溢。

图1－3－19 内环缝埋弧焊示意图^［10］

1．焊丝 2．筒体 3．焊剂 4．带轮 5．传送带

偏移量的大小与工件的直径、焊接速度、工件转速及工件厚度有关。工件的直径越大，焊接速度越大，偏移量也应越大。应注意的是，对厚壁圆筒形工件进行多层焊时，虽然滚轮架的速度不变，但随着焊缝厚度的增加，焊内环缝时焊速逐层减小，因此应逐层减小偏移量；焊外环缝时，焊速逐层递增，因此应逐层加大偏移量。