鄧滔 劉振宇

兩種類型焊絲在橋梁角焊縫中的應(yīng)用試驗(yàn)及工效分析

鄧? ? 滔，劉振宇

（江門市南洋船舶工程有限公司，江門529145）

摘? ? 要：橋梁制造大量采用實(shí)芯焊絲焊接，與船廠習(xí)慣采用藥芯焊絲不同，針對公司承接的橋梁單元制作工程，本文使用CO2角焊小車，采用相同直徑的實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲在不同的焊接參數(shù)、不同的焊接工件角度、不同的焊接工件坡口的工況下進(jìn)行應(yīng)用對比試驗(yàn)。通過焊接試驗(yàn)兩種焊材的適用焊接參數(shù)、焊縫成型、焊接效率等數(shù)據(jù)，對比分析兩種焊材焊接的應(yīng)用差異和工效差異，并將結(jié)論應(yīng)用于產(chǎn)品建造。

關(guān)鍵詞：CO2角焊小車；實(shí)芯焊絲；藥芯焊絲；工效試驗(yàn)

中圖分類號：U663.5? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Application Experiment and Work Efficiency Analysis of Two Types of Welding Wires in Bridge Fillet Welds

DENG Tao，? LIU Zhenyu

（ Jiangmen Nanyang Ship Engineering Co.， Ltd.，? Jiangmen 529145 ）

Abstract： A large number of solid core welding wires are used in bridge manufacturing， which is different from the flux core welding wires used usually in shipyards. For the bridge unit manufacturing project undertaken by the company， this paper uses CO2 automatic fillet welding carrier and uses the same diameter of solid core welding wires and flux core welding wires under different welding parameters， different welding workpiece angles and different welding workpiece bevelings to carry out application contrastive experiments. Based on the data of welding parameters， weld forming and welding efficiency of the two kinds of welding materials， the application and efficiency differences of the two kinds of welding materials were contrasted and analyzed， and the conclusions were applied to product construction.

Key words： CO2 automatic welding carrier for fillet weld; solid core welding wires; flux core welding wire; work efficiency difference

1? ? ?前言

橋梁工程U肋單元和板肋單元通常采用專用裝焊平臺（如圖1所示）進(jìn)行焊接，通過調(diào)節(jié)專用的裝焊平臺的角度來改變工件的焊接位置達(dá)到提高焊接質(zhì)量的目的。本文通過模擬專用裝焊平臺焊接工件傾斜角度30°和鋪在地面水平角度兩種焊接位置，進(jìn)行兩種類型焊絲不同焊接參數(shù)試驗(yàn)，對試驗(yàn)焊接參數(shù)適用范圍、焊接成形和焊接效率等進(jìn)行分析和探討。

2? ? 焊接試驗(yàn)方案

1）試驗(yàn)擬用的焊接參數(shù)為焊接電流280 A±20 A、電壓30 V±2 V、CO2氣體流量15～20 L/min、干伸長度15 mm±3 mm。

2）采用焊接工件平鋪在地面水平位置和專用焊接平臺與地面傾斜30°角度位置進(jìn)行兩種焊接位置試驗(yàn)。

3）焊縫類型為單道填充角焊縫和單道深熔角焊縫，填充角焊縫零件不開坡口，焊角要求不小于7 mm，深熔角焊縫開單V45°留根2 mm坡口，焊角要求不小于5 mm。

4）試驗(yàn)的零件材質(zhì)采用AH36，板厚8 mm，填充角焊縫零件裝配角度為90°（如圖2所示），深熔角焊縫零件裝配角度約105°（如圖3所示）。

5）試驗(yàn)焊絲為相同直徑1.2 mm的YCJ501-1藥芯焊絲和WH50-6實(shí)芯焊絲。

6）采用相同的焊備設(shè)備進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊機(jī)型號為OTC-XD500S，焊接小車型號高創(chuàng)HIT。

7）測驗(yàn)兩種類型焊材的單道填充角焊縫在工件處于地面水平位置和傾斜30°位置下適用的焊接參數(shù)、最大焊接參數(shù)、最大焊角尺寸和焊接速度等。

8）測驗(yàn)兩種類型焊材的單道深熔角焊縫在工件處于傾斜30°位置下適用的焊接參數(shù)、最大焊接參數(shù)、最大焊角尺寸和焊接速度等。

3? ? 試驗(yàn)準(zhǔn)備與實(shí)施

1）檢查確認(rèn)焊機(jī)及其附屬設(shè)備以及CO2供氣系統(tǒng)都能正常工作。

2）定位焊質(zhì)量與產(chǎn)品設(shè)計(jì)焊縫質(zhì)量相同，定位焊長度≥50 mm，定位焊焊腳尺寸約3～4 mm。

3）焊接區(qū)域及兩側(cè)30 mm范圍內(nèi)應(yīng)清除水分、鐵銹、氧化皮、油污等。

4）為確保 CO2氣體輸出時(shí)的流暢、形成良好的氣體保護(hù)作用，及時(shí)去除焊槍噴嘴里面的飛濺殘?jiān)约案鶕?jù)環(huán)境的風(fēng)速變化調(diào)整保護(hù)氣體的流量。

5）焊接過程中焊槍應(yīng)盡量保持平直不卷曲狀態(tài)。

6）外界風(fēng)速對CO2氣體的保護(hù)效果造成危害，焊接施工時(shí)在風(fēng)速超過2 m/s環(huán)境下應(yīng)采取相應(yīng)的防風(fēng)保護(hù)措施。

7）焊接試驗(yàn)前按設(shè)計(jì)擬定焊接參數(shù)范圍調(diào)節(jié)焊接電流和電壓，依次試驗(yàn)焊接。

8）焊接時(shí)保持焊槍適當(dāng)?shù)慕嵌?，隨時(shí)注意熔池鐵水下淌情況，針對不同焊縫成形，及時(shí)修正焊槍角度和焊接小車行走速度。

9）發(fā)現(xiàn)有害焊接缺陷時(shí)應(yīng)查明原因和采取必要控制措施。

4? ? 試驗(yàn)參數(shù)與記錄

單道填充角焊縫，工件處于水平位置和30°位置進(jìn)行的試驗(yàn)所采用的焊接參數(shù)和結(jié)果如表1所示。單道深熔角焊縫，工件處于水平位置和30°位置進(jìn)行的試驗(yàn)所采用的焊接參數(shù)和結(jié)果如表2所示。焊縫成形質(zhì)量從低往高以不合格、一般和良好三個(gè)等級進(jìn)行評價(jià)。

5? ? ?試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1? ?焊接參數(shù)選用、焊縫成形、焊角尺寸與應(yīng)用范圍

1）藥芯焊絲與實(shí)芯焊絲的成形比較

綜合表1和表2數(shù)據(jù)，藥芯焊絲除了一個(gè)試樣因施焊焊角為9.5 mm而成形不佳外，其它試驗(yàn)條件下的另外4個(gè)試樣的焊縫成形均能達(dá)到良好水平，良好水平率為80%，不合格率20%。出現(xiàn)一個(gè)樣品不合格的原因是采用了9.5 mm的施焊焊角，超過了藥芯焊絲的焊縫成形極限。實(shí)芯焊絲的焊縫成形質(zhì)量有5個(gè)試樣達(dá)到一般水平，一般水平率為71.4%，有2個(gè)試樣成形不合格，不合格率28.6%，沒有試樣達(dá)到良好水平。綜合而言，藥芯焊絲的焊縫成形質(zhì)量優(yōu)于實(shí)芯焊絲。

2）藥芯焊絲試驗(yàn)

經(jīng)試驗(yàn)，電流250～280 A、電壓31～32 V范圍內(nèi)均可穩(wěn)定焊接，焊縫成形好，焊縫無氣孔、咬邊和裂紋，單道焊縫焊角尺寸7～8 mm（8 mm焊角工件需傾斜30°），焊接飛濺少。焊接參數(shù)實(shí)際焊接運(yùn)用過程中可按260 A±20 A、電壓30 V±2 V范圍調(diào)節(jié)，焊接電流和電壓參數(shù)可調(diào)節(jié)性范圍大，可適用于焊接工件傾斜30°和地面水平兩種位置的單道填充角焊縫的焊接，見試驗(yàn)編號2、3、9、11數(shù)據(jù)。

電流達(dá)到280 A及電壓32 V時(shí)，焊接穩(wěn)定，焊縫成型良好，焊縫無氣孔、咬邊和裂紋，工件傾斜30°時(shí)的單道填充角焊縫焊角尺寸達(dá)到8 mm，零件開設(shè)45°時(shí)的焊角尺寸可達(dá)到5 mm，焊接飛濺少，可適用于焊接工件傾斜30°時(shí)單道填充角焊縫和單道深熔角焊縫兩種焊縫類型的焊接，見試驗(yàn)編號9、11數(shù)據(jù)。

3）實(shí)芯焊絲試驗(yàn)

經(jīng)試驗(yàn)，在電流245～260 A及電壓31～32 V參數(shù)范圍內(nèi)均可穩(wěn)定焊接，焊接成形一般，零件無坡口焊角尺寸可達(dá)到7 mm，零件開設(shè)坡口45度留根2 mm的焊角尺寸可達(dá)到5 mm，焊縫形狀呈外圓弧形或滾邊形狀，局部焊縫不均勻、有焊接飛濺。焊接實(shí)際運(yùn)用過程中可按250 A±5 A，電壓30 V±1 V調(diào)節(jié)焊接電流。電壓參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍相對較小，要求與電流匹配度高，可適用于焊接工件傾斜30°和地面水平兩種位置的單道填充角焊縫和單道深熔角焊縫兩種焊縫類型的焊接，見試驗(yàn)編號7、8、10、12數(shù)據(jù)。

電流270～275 A及電壓33～36 V的焊接不穩(wěn)定，焊縫成形不均勻、不光順、有氣孔等，焊接過程中有大量飛濺產(chǎn)生。該焊接電壓參數(shù)超出擬定280 A±20 A及電壓30 V±2 V參數(shù)范圍，且焊接過程不穩(wěn)定，飛濺堵槍及?；。唤ㄗh使用，見試驗(yàn)編號第4、5、6數(shù)據(jù)。

實(shí)芯焊絲較大參數(shù)試驗(yàn)電流260 A及電壓32 V時(shí)，焊縫成形相對較好，可適用于焊接工件地面水平位置單道填充角焊縫的焊接，以及焊接工件傾斜30°的單道填充角焊縫和單道深熔角焊縫兩種焊縫類型的焊接，見試驗(yàn)編號第7、10、12組數(shù)據(jù)。

5.2? ?焊接速度對比分析

1）焊角尺寸7 mm、單道填充角焊縫、焊接工件為地面水平位置、焊接試驗(yàn)參數(shù)在適用范圍內(nèi)的焊接速度比值。

（1）藥芯焊絲焊接速度：實(shí)際焊角尺寸7 mm，焊接電流250 A，電壓31 V，焊接速度為17.5 m/h，見表1中第3組數(shù)據(jù)。

（2）實(shí)芯焊絲焊接速度：實(shí)際焊角尺寸7 mm，焊接電流245 A，電壓31 V，焊接速度為15.1 m/h，見表1中第8組數(shù)據(jù)。

綜上對比：在焊接參數(shù)相近情況下，藥芯焊絲的焊接速度要大于實(shí)芯焊絲2.4 m/h，藥芯焊絲的焊接速度是實(shí)芯焊絲的1.16倍。

2）焊角尺寸5 mm、零件坡口角度45°留根2 mm、焊接工件傾斜角度30°，最大適用焊接試驗(yàn)參數(shù)的焊接速度比值。

（1）藥芯焊絲：試驗(yàn)電流280 A，電壓32 V，焊角尺寸5 mm，零件坡口角度45°留根2 mm、焊接工件傾斜角度30°，焊接速度為15.4 m/h，見表2中第11組數(shù)據(jù)。

（2）實(shí)芯焊絲：試驗(yàn)電流260 A，電壓32 V，焊角尺寸5 mm，零件坡口角度45°留根2 mm，焊接工件傾斜角度30°，焊接速度為11.5 m/h，見表2中第12組數(shù)據(jù)。

綜上對比：在兩種焊絲的最佳適用參數(shù)條件下，藥芯焊絲的焊接速度是實(shí)芯焊絲的1.34倍。

3）相同焊接參數(shù)、焊角尺寸7 mm、零件無坡口、焊接工件地面水平角度的焊接速度比值。

（1）藥芯焊絲：試驗(yàn)電流270 A，電壓31 V，焊角尺寸7 mm，零件無坡口、焊接工件地面水平角度，焊接速度為20.3 m/h，見表1中第9組數(shù)據(jù)。

（2）實(shí)芯焊絲：試驗(yàn)電流270 A，電壓33 V，焊角尺寸7 mm，零件無坡口，焊接工件地面水平角度，焊接速度為19.3 m/h，見表1中第8組數(shù)據(jù)。

綜上對比：在相同焊接電流、焊角尺寸7 mm和地面水平位置的焊接工況下，藥芯焊絲速度略大于實(shí)芯焊絲，藥芯焊絲的焊接速度約是實(shí)芯焊絲的1.05倍。

6? ? 試驗(yàn)結(jié)論及應(yīng)用

1）焊絲選擇。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明藥芯焊絲從焊縫成表質(zhì)量、焊接參數(shù)適用范圍、飛濺和焊接效率等要優(yōu)于實(shí)芯焊絲，實(shí)際焊接生產(chǎn)宜優(yōu)先選擇藥芯焊絲。

2）參數(shù)適用性。藥芯焊絲電流250～280 A、實(shí)芯焊絲電流245～260 A均可焊接；藥芯焊接參數(shù)可調(diào)節(jié)范圍大，實(shí)芯焊接參數(shù)特別是電壓可匹配范圍相對較窄，同時(shí)焊接適用范圍內(nèi)的焊接參數(shù)反應(yīng)出實(shí)芯焊絲焊接效率低于藥芯焊絲。若要實(shí)芯焊絲焊接速度與藥芯焊絲保持相近，實(shí)芯焊絲焊接電流要保持與藥芯焊接電流相近。

3）工件位置和焊縫類型適用性。兩種焊絲都可適用于工件斜傾30°、地面水平兩種位置焊接，以及零件無坡口和坡口角度45°兩種類型焊縫的焊接；藥芯焊絲工件斜傾30°的單道填充角焊縫最大焊角高度約8 mm，工件傾角度30°的零件開坡口45°留根2 mm情況下一次成型單道深熔角焊縫極限焊角高度約5 mm。實(shí)芯焊絲工件斜傾30°的單道填充角焊縫最大焊角高度約7 mm，工件傾角度30°的工況下零件坡口45°一次成型單道深熔角焊縫極限焊角高度約5 mm。

4）焊接效率。通過試驗(yàn)工件水平角度、零件無坡口和工件傾斜30°和零件開設(shè)45°坡口的焊接，適用范圍內(nèi)的焊接參數(shù)的單臺焊機(jī)使用藥芯焊絲的焊接效率是實(shí)芯焊絲的1.16～1.34倍。

5）應(yīng)用。將藥芯焊絲試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于某海灣大橋板單元填充角焊縫和坡口深熔角焊縫的焊接，其滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求，已施工驗(yàn)收。

7? ? 結(jié)束語

通過兩種類型焊絲焊接試驗(yàn)，對比分析焊接性能、焊接成形、焊接參數(shù)范圍及效率，表明CO2自動(dòng)角焊小車焊接使用藥芯焊絲比實(shí)芯焊絲有較大優(yōu)勢。文中試驗(yàn)的焊接參數(shù)、試驗(yàn)范圍、焊材應(yīng)用可能因設(shè)備、環(huán)境、條件不同而存在差異，需根據(jù)具體情況選擇性地參考。

作者簡介：鄧? 滔（1982- ）男，工程師。主要從事船舶工程工藝及精度研究工作。

劉振宇（1986- ）男，工程師。主要從事船舶工程工藝及精度研究工作。

收稿日期：2022-11-18