中厚板粗丝双丝双弧埋弧焊船型角焊工艺研究

杨政 郑建明

目前角缝焊接，立板厚度12mm以上的全熔透角焊缝，大都采用开坡口焊。《钢结构焊接规范》（GB20661—2011）规定：立板厚度＞14mm，采用单边坡口；立板厚度＞25mm，采用双边坡口。有些厂家，对于角接全熔透焊缝，一般采用半自动火焰切割坡口， CO2气体保护焊焊接打底焊、填充焊，背面碳弧气刨清根、焊接，填充后再埋弧焊盖面，此焊接方法效率低，UT检测合格率不稳定。尤其当立板厚度在25mm以上时，焊接工作量大，成为焊接生产的的瓶颈，同时焊接成本较高，现场噪声和粉尘大，施工环境差。为了提高焊接效率和焊接质量，缩短生产工期，降低生产成本，改善施工环境，我们进行了粗丝双丝双弧埋弧焊厚板角焊研究。

1. 双丝埋弧焊工艺特点

双丝焊采用前丝直流、后丝交流的焊接方式，前丝直流电弧具有较大的穿透力，起到增大熔深的作用，后丝起到增大焊道宽度和美观焊缝成形的作用；直流正接电弧可以加大熔深，使用φ5~φ6mm的焊丝，强大的焊接电流也具有大熔深作用。

2. 焊接设备和材料

试验采用林肯1500型双丝双电源焊机，为适应大多数工程的要求，试验母材和焊丝选择在建筑钢结构行业中使用的常规牌号Q345C，板厚25mm、35mm，埋弧焊丝H10Mn2，前丝规格φ6.0mm（经试验电流可调节到1 400A）、后丝规格φ5.0mm。考虑到大电流焊接时SJ301G焊剂脱渣性能和焊缝成形优于SJ101，因此综合考虑决定选用SJ301G焊剂。

3.坡口形式及焊接参数

坡口形式对于焊缝根部质量至关重要，考虑到焊缝质量，焊接效率和成本，我们的目的就是不开坡口，形成无坡口的角焊缝。焊接参数如表1所示。

4. 焊丝与立板的角度

焊丝对准角部位置将影响熔深位置（即有效熔深），为测试船型焊接角度对熔深影响情况，我们进行了角度试验。（1）立板角度为35°角焊

缝熔深焊接试验 H型钢焊接位置为船型位置，焊丝与构件角缝立板成35°夹角（见图1），前丝偏离角缝底板边缘5mm左右（如果离角缝底板距离过多并降低熔深，表面容易出现缺陷），焊后经过宏观检测，熔池偏离角缝立板，熔池最深处在角缝底板上。试验结果显示，有效熔深平均约为21mm。

表1 焊接参数

（2）立板角度为25°角焊缝熔深焊接试验 为了保证焊缝有效熔深，把角度调整到25°。在焊接试验中发现把H型构件调整成25°角焊接时，定位轮会压到焊剂，对焊缝成形有很大影响。经过几次试验比较，最后决定把定位轮长度加长15mm，改装后长度为100mm，最终解决了这个问题。

在构件翼缘板下面加垫块，使试件成25°（见图2），前焊丝偏离角缝立板与角缝底板交接点约8mm（往角缝立板方向偏离，使电弧中心能穿透到角缝立板中间），后丝偏离角缝立板与角缝底板交接点约4mm。通过试验结果显示，熔深有效平均值约为28.5mm，比35°时熔深增加7mm，提高了33%。

5. 检测结果

试板为十字形接头，按上述焊接参数进行焊接，表面成形良好，经UT检测合格，符合一级焊缝标准，按《钢结构焊接规范》（GB20661—2011）规定工艺评定方法和要求，拉伸、低倍组织、冲击检测的结果均合格（见表2）。

6. 成本数据对比分析

图1 35°角焊接示意

图2 25°角焊接示意

我们按工艺要求的坡口角度，预估算新工艺不开坡口与开坡口焊接成本，新工艺不开坡口成本降低1/3~1/2（见表3），每米焊缝可降低成本50~100元。

7. 结语

对于角缝立板厚度22~30mm角接全熔透焊缝可以不用开坡口，GMAW焊接方法打底，不用气刨清根，直接使用双电双丝埋弧焊，焊丝直径前丝（DC）φ6.0mm焊丝、后丝（AC）选用φ5.0mm焊丝，成25°~35°倾斜，前焊丝偏离角缝立板与角缝底板交接点5~8mm，可以保证全熔透，焊接力学性能合格。当立板厚度超过30mm以后，建议采用25°度小角度。这种新焊接工艺方法效率高，成本低，节约能源。

表2 检测结果

表3 开坡口和不开坡口焊接成本预估对比