中厚板（δ=14~25mm）-I型坡口对接埋弧自动焊接工艺

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内容摘要：中厚板I型坡口对接双面埋弧焊工艺方法属于新工艺、新方法，在现代化的建筑市场里有推广前景。主要优点：节约焊材、省工时、提高劳动效率、增加经济效益、工艺操作简单。

关键词：I型坡口  中厚板  埋弧自动焊  焊接工艺
一、前言
在常规焊接生产中，当母材厚度增加时，为了确保焊接质量，需要在板材上加工出具有一定角度的坡口，然后再实施焊接。埋弧自动焊焊接方法优点众所周知，在钢结构生产制造中被广泛应用。钢板对接是钢结构生产中不可缺的重要组成部分，优秀的对接方法对质量而言是相当重要的，并直接决定着对接质量，好的对接方法既能保证对接质量，又能提高生产效率。在钢结构生产中摸索，中厚板（δ=14mm～25mm）I型坡口对接埋弧焊就是一种优秀的焊接新工艺、新方法，无坡口对接熔透焊，节约焊材、省工时、提高劳动效率、增加经济效益、工艺操作简单。（本文中引入了“比线能量”概念，仅引用比线能量的实用数据，不论证“比线能量”。）
二、组对工艺参数及其质量控制
I型坡口焊接和以往焊接工艺不同。按照常规焊接工艺手段，正面焊缝加工40°～60°角度坡口，背面采用气刨清根后焊接，比较容易保证焊透和焊缝成型。而I型坡口焊接既要保证焊透，又不要让焊缝余高超高和得到良好的焊缝外观，因此，I型坡口对接熔透焊工艺参数在选择和确定上进行优化。常规的I型坡口钢板对接，钢板厚度δ≤14mm，经过现场实际摸索和总结并优化工艺，中厚板（δ≤25mm）钢板对接坡口均可设置成I型即无坡口熔透焊，既节省了该类中厚钢板对接坡口加工时间，节省焊材、加快了制作进度，又能保证对接质量。
I型坡口组焊工艺参数主要有：线能量、组对间隙、错边量、焊接速度、电流、电压等，每个参数对I型坡口钢板的组焊都很重要。
1、I型坡口焊接线能量E与熔深关系
I型坡口焊接件的主要缺陷是烧穿或未焊透缺陷。产生这些不良缺陷的主要原因是在施焊过程中焊缝的熔深控制不当,规范过大或过小。规范过大造成烧穿,规范过小造成未焊透,同时大都伴随成形不良。
焊缝线能量E大小直接决定着焊缝熔深的大小。焊缝熔深和焊缝成形主要由焊接电流,电弧电压,焊接速度等三个因素共同来决定。线能量E与电流电压、焊接速度数学关系式为：
E=I*U/V ；E0=η*E=η*I*U/V；
E—理论线能量；E0—有效线能量；I—焊接电流；U—焊接电压；V—焊接电压；η—埋弧焊取值为0.9～0.95（本文取值0.95）；
焊接电流、焊接电压及焊接速度一定，线能量即E值就一定。控制线能量大小等于控制焊缝熔深，即控制焊缝热输入量大小。
焊接电源对单位焊件板厚输入的线能量，鉴于它与线能量E有关,将其定义为“比线能量Eb”，本文Eb取值为0.28～0.32。
Eb= E0/δ；（1）
由（1）公式可得
E0=Eb*δ；（2）
可见，板厚δ增加，相应板厚所需的线能量E0增加，反之则相反。如果知道Eb取值范围，根据公式（2），对一定板厚接头所需的E0就可以计算出，进而确定合适的焊接规范。
2、板材切割下料
I型坡口对接，要求板材接口边直线度较高，下料设备选用精密设备下料如数控机床或半自动切割机下料。若下料板件的组对口非直线度超1mm/m，可用刨边机刨直后再组对。特别是定尺钢板下料，板边不能直接组对施焊。板边的氧化皮和锈蚀影响焊接质量，并且板边的直线度一般也不能控制在限定的范围内而影响质量。
3、组对间隙及错边量控制
组对间隙和接口错边量是影响I型坡口对接焊质量好坏的重要因素，可以通过严控，减少误差，控制好组对质量。组对间隙根据选用焊丝直径来确定，一般选用Φ4.0焊丝，则组对间隙控制在5～6mm，I型坡口组对间隙可以比一般坡口对接焊间隙大些（常规焊接工艺间隙仅为0～2mm），因为加大组对间隙，在焊接线能量不变的情况下，有利于保证焊缝焊透和焊后余高不超标。I型坡口组对错边量要求较严格，最大错边量不能超过2.5mm，因为I型坡口焊接增大了母材的熔合比，使焊缝的余高偏大，容易引起焊后余高超差。
4、焊接速度、电流及电压参数的确定
焊丝送丝速度主要与焊接速度适配，V丝=（3~4）*V焊；电流及电压根据“表1”选择。
I型坡口对接板与板厚最大规范如下表1：

板厚mm	焊接方向	焊速cm/min	电流I	电压U	比线能量Eb	名义线能E-KJ/cm	有效线能E0-KJ/cm
14		26	620~650	26~30	0.280	41.0	38.95
16		26	640~660	30~32	0.285	46.5	44.17
18	正面	25	650~680	36	0.296	57.0	54.15
	反面	25	700~720	36~37	0.305	62	58.9
22	正面	25	800~830	36~37	0.302	71.4	67.83
	反面	25	830~850	36~37	0.299	73.6	69.92
25	正面	25	850~880	38~39	0.304	79.9	75.90
	反面	25	880~910	38~39	0.314	82.7	78.56

（--表1--）

三、焊前准备
切割板材边缘的挂渣、氧化皮清除，I型坡口处及附近区域除油污、除湿，并打磨见金属光泽，减少焊接缺陷。焊丝与母材材质对应选择，如母材为Q235A或16MnR，焊剂选用HG431或hj350，焊丝直径Φ4.0，焊丝表面不得有油污、锈等，焊剂使用需烘烤。
四、I型坡口焊接极其控制重点
I型坡口对接焊重点控制：I型坡口间隙量、组对错边量、I型坡口衬垫的设置、焊接电流、焊接电压、焊接线能量等。各工艺参数随板厚的增加而稍微不同。
1）I型坡口间隙  坡口间隙直接影响到焊接熔深，能否焊透。I型坡口组对间隙量不低于5mm，控制在8mm内，板厚δ=14mm～18mm钢板间隙量为5mm。
2）组对错边量  I型坡口焊组对错边量控制要比坡口焊严格，一般平板坡口对接错边量3.0mm，而I型坡口错边量控制在2.5mm内。
3）I型坡口衬垫  I型坡口焊接需要增加衬垫，有两种方法：a、焊缝背面加紫铜板 b、焊缝背面及坡口间隙中垫焊剂，坡口间隙中的焊剂需用10kg力压实。
4）焊接电流I  焊接电流随板厚及坡口间隙大小变化而改变，根据板厚按表1取值。
5）焊接电压U 焊接电压随板厚及坡口间隙变化而变化，根据板厚按表1取值。
6）线能量E  根据公式（1）、（2）知，当板厚增加时，相应的线能量随之增加，反之减少。如果Eb值确定，一定板厚所需的线能量就确定，从而可以选定合适的焊接规范。
7）焊丝对中  I型坡口焊丝不对中或对中偏差过大，将造成焊接未熔合或夹渣等缺陷，严重影响到焊接质量，重点控制焊丝对中，对中偏差控制在1mm内。
五、结论
1、I型坡口双面埋弧自动焊工艺方法在生产实际中有被广泛应用前景。
2、I型坡口焊属于无坡口焊接，且被面不采用碳弧气刨清根后再施焊，能节约工时、节约焊材，提高生产效率，创得良好的经济效益。
3、采用I型坡口焊接工艺焊接，缺点就是组对错边精度要求偏高，焊后焊缝余高也相对偏高。这有待进一步采取措施优化和改进。
参考文献：
1、黎剑峰 《埋弧焊比线能量与对接焊缝熔深的关系》  2001年6月第30卷第3期   2001.6