1. 焊前準(zhǔn)備
埋弧焊時(shí),由于看不見焊接熔池,也看不到待焊軌跡,施焊過程操作稍有不當(dāng),即產(chǎn)生焊偏、焊瘤等缺陷;而且,通常自動(dòng)焊的焊接速度設(shè)定后不能進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié),即填充金屬熔入熔池的多少是基本固定不變的,不能適應(yīng)坡口大小、間隙寬窄的波動(dòng);加之電流密度大,熱量集中,收弧時(shí)弧坑較大,易產(chǎn)生弧坑裂紋。為此,對(duì)待焊件邊緣(包括坡口)要求較高。首先待焊工件邊緣要平整,要求焊嘴端面與待焊處要保持恒定距離,不能有過大的跳動(dòng);再者坡口和板邊最好用創(chuàng)邊機(jī)加工,沒有刨邊機(jī)可用等離子弧切割機(jī)進(jìn)行加工,但要保持切口面平整。當(dāng)坡口處有殘留渣跡和殘余變形時(shí),一定要用砂輪打磨平滑和矯正齊平,用這兩種方法加工的坡口,熱影響區(qū)小,不會(huì)影響焊接接頭的腐蝕性。
常用的單面焊對(duì)接坡口見表3-14(GB/T985.1-2008),雙面對(duì)接焊坡口見表3-15(GB/T 985.1-2008)。這兩種坡口形式按照完全熔透的原則規(guī)定了對(duì)接接頭的坡口形式和尺寸,對(duì)于不完全熔透的對(duì)接接頭允許采用其他形式的焊接坡口。這兩種坡口形式也是全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)推薦在壓力容器及壓力元件中使用。對(duì)接接頭待焊處之間間隙和坡口鈍邊要均勻一致,不然焊接時(shí)就不可避免地產(chǎn)生燒穿、未焊透、未熔合或者表面成形不好等缺陷。
施焊以前要配備引弧板和引出板,縱焊縫引弧板的厚度和化學(xué)成分要與待焊材料一致,引弧板的長(zhǎng)度不小于150mm,寬度不小于50mm,引弧板和引出板與待焊件之間要平齊,不允許留有間隙。焊接環(huán)焊縫不能用引弧板和引出板時(shí),只好在待焊處引弧,焊過一段距離后,要將引弧處進(jìn)行修整;收弧時(shí),仍在焊縫上收弧,但必須修磨收弧焊縫,不允許有弧坑裂紋和弧坑凹陷。
2. 焊接參數(shù)
埋弧焊的焊接參數(shù)項(xiàng)目比焊條電弧焊多,有焊接電流、電弧電壓、焊絲直徑、焊絲輸送速度和焊接速度等。
焊接電流的大小直接影響焊接熔池的深淺,焊接電流大,熱輸入大,焊接熔池就深;反之就淺。電弧電壓隨著電弧長(zhǎng)度的變化而變化,電弧拉長(zhǎng)了,電弧電壓就升高,焊縫寬度明顯增寬,焊接熔池的深度就減小了。當(dāng)焊接電流和電弧電壓不變時(shí),焊接速度一提高,電弧給予焊接熔池中單位長(zhǎng)度熱量勢(shì)必減少,隨著導(dǎo)致焊縫熔深和焊縫寬度減小,焊絲直徑的加粗,擴(kuò)大了電弧范圍,使熔寬增加;如果焊接電流保持不變,則熔深將相應(yīng)地減少。上述各項(xiàng)焊接參數(shù)的選擇,不能單項(xiàng)考慮,要有機(jī)地匹配,進(jìn)行綜合平衡分析,找出一個(gè)主要焊接參數(shù),再充分試驗(yàn)后,才能制訂出最佳參數(shù)。產(chǎn)品施焊以前,一定要用試板進(jìn)行模擬焊接試驗(yàn),當(dāng)試板焊接接頭的力學(xué)性能和耐蝕性均滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣技術(shù)要求后才能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行施焊。對(duì)于壓力容器受壓元件的焊接,要經(jīng)過焊接工藝評(píng)定合格后,方能在產(chǎn)品上正式施焊。表3-16所列出的焊接參數(shù)可供參考。
3. 操作因素
焊絲傾斜方向分為前傾和后傾兩各種,如圖3-21所示。焊絲傾角的大小不同,電弧對(duì)熔池的力和熱作用也就不同,從而影響到焊縫成形。當(dāng)焊絲以一定傾角向后傾時(shí),電弧力對(duì)熔池金屬的后緣作用減弱,熔池底部的金屬受熱減少,故熔深變淺,如圖3-21c所示。后傾角越大,熔深越淺而熔寬增寬。相反,當(dāng)焊絲作適當(dāng)前傾時(shí)可少許提高熔深。這種前傾斜焊絲的方法,通常較少采用,只有在特定情況下使用,如焊接小直徑圓筒形焊件的環(huán)焊縫就采用這種方法。
焊件在傾斜位置焊接時(shí),有上坡焊和下坡焊之分,如圖3-22所示,它們對(duì)焊縫成形的影響有明顯的不同。上坡焊時(shí),焊縫余高過高,兩側(cè)易出現(xiàn)咬邊,焊縫表面成形明顯惡化,實(shí)際工作中應(yīng)避免采用上坡焊。下坡焊與上坡焊相反,焊縫的熔深和余高均有所減少,而熔寬略有增加,焊縫成形得到改善。在焊接圓筒焊件的內(nèi)、外環(huán)焊縫時(shí),一般采用下坡焊,以減少發(fā)生燒穿的現(xiàn)象并改善焊縫成形。當(dāng)然,焊件下坡焊的角度過大也會(huì)產(chǎn)生未焊透。
4. 施焊工藝與程序
埋弧焊焊接奧氏體型不銹鋼的施焊工藝,程序大體與普通碳鋼相同。埋弧焊最適宜焊接對(duì)接和角接平焊縫,大致有幾種:
a. 先進(jìn)行焊條電弧焊
這種施焊工藝比較簡(jiǎn)單,焊接不需要特別強(qiáng)固工裝,而是先用焊條電弧焊預(yù)先封底焊。要求焊條電弧焊的熔深達(dá)到板厚的1/3,焊完以后,清理焊縫。清除掉焊縫缺陷后,在另一面進(jìn)行埋弧焊,如圖3-23所示。
b. 永久墊板埋弧焊
這是指焊件裝配時(shí)將同種鋼材的墊板緊密地貼在接頭下部用定位焊固定,進(jìn)行單面熔透焊的一種工藝。此時(shí)要求墊板與焊件之間間隙不得超過0.5~1.0mm,否則液態(tài)金屬或熔渣必然從間隙處流出或嵌入夾縫中間而造成焊接缺隙。焊接完畢,墊板有一部分金屬被熔入焊縫成為焊縫金屬,與焊件牢固地焊在一起。故要求墊板的化學(xué)成分、力學(xué)性能和耐蝕性與焊件相同。永久墊板的尺寸見表3-17。永久墊板焊接時(shí)的裝配示意圖如圖3-24所示。焊接容器封頭時(shí),如果容器內(nèi)部無法施焊時(shí),往往采用這種方法。
c. 鎖底對(duì)接接頭埋弧焊
這種焊接方法適用于厚度大于10mm的構(gòu)件,常用于小直徑厚壁圓筒形焊件的環(huán)縫焊接,效果很好。鎖底對(duì)接接頭焊接如圖3-25所示。
d. 純銅墊埋弧焊
這種焊接方法能使焊接構(gòu)件達(dá)到單面焊雙面成形的目的。純銅墊靠焊接夾具緊貼待焊接接頭下面,它與焊件之間間隙不允許大于0.5mm。各種形式的純銅墊結(jié)構(gòu)圖見圖3-26。純銅墊板的形狀和尺寸見圖3-27和表3-18。在純銅墊接觸焊件的一面開槽,槽的中心要與接縫處對(duì)準(zhǔn),如果在槽內(nèi)放焊劑(見圖3-26b),則槽的寬度和深度都要相應(yīng)地加寬加深。
e. 焊劑墊埋弧焊
這種焊接方法也可使焊件達(dá)到單面焊雙面成形的目的。要根據(jù)焊件厚度,在接縫下面墊上一層厚度為30~100mm的焊劑,焊劑下面是一層絕緣的陶氈墊,陶氈墊下面是封閉的橡膠管,如圖3-28所示。接縫處與焊劑墊中心要對(duì)中,當(dāng)橡膠管一端通入壓縮空氣時(shí),焊劑被均勻地向上頂緊焊縫處的下表面。焊接時(shí),電弧將熔透焊件并熔化一些焊劑,形成單面焊雙面成形的焊縫。假若焊劑向上頂?shù)膲毫^大或過小,在焊縫背面會(huì)形成凹槽或突起部分,嚴(yán)重者甚至焊不成形,圖3-29為焊劑壓力大小對(duì)焊縫成形的影響。
f. 雙面對(duì)接埋弧焊
這是埋弧焊焊接對(duì)接焊縫的一種基本方法,使用最廣,大多數(shù)中、厚板焊接時(shí)均使用它。這種焊接接頭的幾何連續(xù)性最好,承載后應(yīng)力狀態(tài)好,能適應(yīng)工作負(fù)荷復(fù)雜和苛刻的工作條件,故對(duì)焊縫長(zhǎng)度較長(zhǎng),分布規(guī)則的焊縫,應(yīng)盡量采用這種施焊工藝方法。此時(shí)第一面施焊也不用任何形式襯墊,在無襯墊焊接時(shí),對(duì)焊件邊緣的準(zhǔn)備和裝配質(zhì)量要求較高,希望焊縫之間間隙為零,局部處不得超過1.0mm,否則液體金屬容易從間隙中流出而燒穿焊縫或形成焊瘤。為了有一定熔深,同時(shí)又不至于焊穿,通常在第一面焊接時(shí),要求熔深為鋼板厚度的60%~70%。如果被焊件較薄,在第一面焊接時(shí),可以采取減少焊接電流,提高焊接速度或者焊絲向后傾斜等措施來避免燒穿。有關(guān)奧氏體不銹鋼中等厚度板材的無墊雙面埋弧焊的焊接參數(shù)見表3-19。