直縫焊管埋弧自動焊內焊多絲焊接規范設置探討

對直縫焊管埋弧自動焊內焊多絲焊接規范設置進行了大量實驗,通過對實驗焊接規范分析,發現埋弧自動焊內焊多絲焊接規范設置存在一定規律,利用該規律能有效降低焊縫氣孔、夾渣、燒穿等焊接缺陷產生。

我廠于2002年新上一條大直縫埋弧焊管生產線,埋弧自動焊采用四絲焊接方式,預焊采用二氧化碳氣體保護焊。在鋼管試生產時發現內焊焊接質量不穩定,易出現氣孔、夾渣、燒穿等焊接缺陷。特別是在焊接450mm左右小直徑鋼管時,以上現象更為明顯。為解決上述問題,我們做了大量焊接實驗,在焊接實驗過程中排除了焊接材料和母材兩方面的影響因素,通過對記錄的實驗焊接規范參數(焊接電流、焊接電壓、焊絲間距、焊接速度)的統計分析,得出埋弧多絲焊各焊絲之間焊接規范存在一定規律,按照規律設置多絲焊接規范,能有效克服焊接缺陷,保證鋼管焊接質量的穩定。

1焊接電流設置

圖1為四絲焊接示意圖。實驗中前絲采用直流反接焊接,其它焊絲均采用交流焊接。在保證熔深選擇合適的焊接線能量條件下,按圖1所示的1,2,3,4焊絲的焊接電流設置應依次降低(中間兩焊絲可相等)。

從實驗數據統計分析,四焊絲中,如有一焊絲焊接電流超過前一焊絲電流,易出現以下現象:在同等焊接條件下,埋弧自動焊焊縫產生氣孔、夾渣的幾率明顯增大;難以通過埋弧自動焊消除預焊存有極少量氣孔、夾渣焊接缺陷;如果最后一根焊絲電流高于前一根焊絲電流,則焊縫表面不光滑,易出現波紋,有時在焊縫表面甚至有類似焊絲鐵水滴“倒欠瘤”的現象。

原因分析:埋弧自動焊時的熔池有電弧壓力、電磁收縮力、表面張力及液態金屬重力等作用,而產生攪拌運動,隨焊接電流的增大,電弧壓力即吹向熔池的吹力也隨之增大。在預焊縫中氣孔、夾渣及熔池冶金反應過程中,產生的氣體和非金屬夾雜物由于自身密度小于液態金屬的密度會產生向上的浮力。當后絲焊接電流大于前絲電流時,則后絲電弧吹力也相應大于前絲吹力,這將降低前絲熔池冶金反應過程中產生的氣體和非金屬夾雜物從液態金屬中逸出焊縫表面的速度,且易使熔池攪拌發生紊亂,使氣體和非金屬夾雜物難以逸出焊縫表面,從而使焊縫易產生氣孔、夾渣。關于“倒欠瘤”現象,前焊絲熔池的高溫對后絲熔化有預熱作用,提高了后絲熔化速度。若電流過大,容易使后絲的熔化速度高于送絲速度,使焊絲來不及進入熔池就已熔化從而滴在焊縫表面形成“倒欠瘤”現象。

2電弧電壓的設置

按照圖1所示的1,2,3,4焊絲的電弧電壓設置應依次增大(中間兩焊絲可相等)。從實驗數據統計分析,四焊絲如果有一焊絲電弧電壓小于前一焊絲弧壓易出現以下現象:同等焊接條件下焊縫易出現氣孔、夾渣;單面焊縫酸洗試樣焊呈“葫蘆”型而非“U”型。

原因分析:由于弧壓大小基本與焊縫寬度成正比,即弧壓大小決定熔池寬度,弧壓越大熔池寬度越大。如果后絲弧壓小于前絲弧壓,則后絲熔池寬度小于前絲熔池寬度造成熔池截面呈“葫蘆”型,特別是小直徑直縫管內焊,由于鋼管直徑小、曲率大,相對焊縫兩側坡度較大,熔池內的液態金屬重力作用更加明顯,熔池截面更易呈現“葫蘆”型。

“葫蘆”型焊縫的產生致使熔池冶金反應過程中產生的氣體和非金屬夾雜物從液態金屬中逸出焊縫表面時出現了“瓶頸”障礙,所以在同等條件下焊縫易出現氣孔、夾渣。因此,要保證熔池冶金反應過程中產生的氣體和非金屬夾雜物從液態金屬中順利逸出,則要求按照圖1所示的1,2,3,4焊絲的電弧電壓設置應相等或依次增大。

3焊絲間距和焊接速度的設置

(1)在保證熔深選擇合適的焊接線能量條件下,按照圖1所示1,2,3,4的焊絲之間間距設置應相等或依次增大。(2)在保證熔深選擇合適的焊接線能量條件下,如果焊接速度增大則按照圖1所示1,2,3,4的焊絲之間間距設置可適當增大,反之適當減小。如果不按上述(1)、(2)條原則設置,易出現燒穿現象。原因是前兩絲相對后來絲講是對母材已進行了預熱,母材本身就具有很高溫度,若后絲距離過近,則前兩絲熔池冷卻時間短,造成焊接線能量比較集中因而出現母材燒穿。隨著焊接速度增大,1,2,3,4焊絲間距不適當增大,相對同一位置的熔池冷卻時間縮短,導致母材同一位置焊接線能量比較集中易造成焊縫燒穿。

4結論

在設置埋弧焊多絲焊接規范時,保證熔深選擇合適的焊接線能量條件下,應按以下要求設置:

(1)按照圖1所示1,2,3,4焊絲的焊接電流設置應依次降低(中間兩焊絲可相等)。

(2)按照圖1所示1,2,3,4焊絲的電弧電壓設置應依次增大(中間兩焊絲可相等)。

(3)按照圖1所示1,2,3,4焊絲之間間距設置應相等或依次增大。

(4)如果焊接速度增大則按照圖1所示1,2,3,4焊絲之間間距設置可適當增大,反之適當減小。

按照以上辦法設計焊接電流、焊接電壓、焊絲間距、焊絲速度就能有效降低焊縫氣孔、夾渣、燒穿等缺陷產生,從而提高了焊接質量的可靠性。