单面焊双面成型的焊接工艺试验

孙 壮

(天津重钢机械装备股份有限公司，天津 300459)

在生产制造中对箱体、法兰等的焊接需要采用单面焊双面成型技术，之前一直使用的是CO2药芯焊丝气体保护焊，但使用这种方法焊接的工件背面熔透性较差且易出现缺陷，返修次数高。要解决此问题，必须采用新的焊接工艺，以提高焊接产品质量。

1 气体保护焊焊丝的特点

1.1 药芯焊丝

属于渣-气联合保护。焊接时，焊丝和药芯受热熔化，在焊缝表面上覆盖一层薄薄的熔渣，而且焊丝中的药粉含有大量有益的合金元素，可以改善焊缝的性能和质量，使焊缝成形美观，焊缝质量高，气孔少，缺点是成本偏高［1］。

1.2 实心焊丝

属于气保护，焊后不需要清渣，焊接效率较高，在等量电流下可以获得较大熔深。但在使用CO2气体保护焊时易产生飞溅，通常在CO2中加入氩气可减少飞溅量。

2 试验材料及设备

2.1 母材及焊材

试验的母材材质为Q345D，根据等强度匹配及等化学成分匹配原则，打底焊选择∅1.0 mm 的实心焊丝ER50-6，填充和盖面焊选择∅1.2 mm的药芯焊丝E501T-1。母材及两种焊材的化学成分和力学性能见表1 和表2。

2.2 试验设备

试验使用唐山松下型号KR2-500 晶闸管控制CO2/MAG 焊机，该焊机可满足CO2/MAG 短路过渡及射流过渡的电弧动特性工艺要求。试验时采用直流反接的接线方式，即焊丝接正极。

表1 母材及焊材的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical compositions of base material and welding wires(mass fraction，%)

表2 母材及焊材的力学性能Table 2 Mechanical properties of base material and welding wires

3 焊接方法及工艺

3.1 焊接试验操作流程

按照规范要求准备焊件→焊接前的准备→焊机和焊丝检查→按规范调整焊接参数→按照正确的焊接顺序进行焊接→焊缝清理→焊缝的无损检测→焊缝的力学性能试验。

3.2 焊接方法

由于对构件采用单面焊双面成型技术，因此背部的熔透性是关键，结合工艺，并根据焊丝性能选用实心焊丝混合气体保护焊进行打底焊，这样可保证根部的熔透性。选用药芯焊丝CO2气体保护焊进行填充、盖面焊，是因为其保护效果好，不宜产生缺陷，且焊后焊缝成型美观。

3.3 焊接工艺

3.3.1 焊前准备

焊前要根据工艺要求准备好试件，两块试件规格分别为16 mm×150 mm×300 mm 和16 mm×300 mm×300 mm，其坡口和接头形式应与实际生产要求相符(坡口参数见表3，接头形式见图1)。将坡口处及附近10 mm 范围内的区域打磨干净，以防止油污、锈或油漆等污染物在焊接过程中进入焊缝内。由于Q345D 的碳当量很低而且试验板为中薄板，因此不需要预热，但是当环境温度低于0℃或试件厚度大于30 mm 时则需预热试件至少达到50℃。

表3 试件坡口形式及参数Table 3 Shape and parameters of test specimen groove

图1 试件接头形式Figure 1 Weld form of test specimen

3.3.2 焊接过程

由于单面焊双面成型技术只焊接试件一侧，而单面受热很容易导致试件变形，因此焊接前要先对试件做反变形处理，然后按照工艺参数进行焊接(工艺参数见表4)，焊完后室温下冷却。焊接试验采用的是多层多道焊，每焊完一道焊缝要进行层间清理焊渣。

4 无损检测及宏观试验

4.1 无损检测

对焊缝进行100% 磁粉检测，结果符合EN1291—1998 的缺陷接受等级，测试结果合格。

对焊缝进行100% 超声检测，结果符合EN1712—1994 的缺陷接受等级，测试结果合格。

4.2 宏观试验

参照EN1321—1997 对试板进行宏观试验，观察得出焊缝金属及热影响区均无缺陷，且根部焊缝完全熔透，试验结果合格。宏观试样如图2所示。

5 结论

根据焊接试验结果，可以证明采用实心焊丝混合气体保护焊进行打底焊，药芯焊丝CO2气体保护焊进行填充、盖面焊的工艺方法可以运用于单面焊双面成型技术。该方法具有较好的根部熔透性，焊缝成型美观、缺陷少。此工艺已经在我公司得到了成功应用，取得了较好的效果，可以进行推广使用。

表4 焊接工艺参数Table 4 Welding process parameters

图2 宏观试样Figure 2 Macro specimen

［1］沈雁.CO2气体保护焊在钢结构中的应用［J］.资治文摘，2009(5):197.