复合板复层等离子焊接常见问题分析

庞国庆，刘 凯，曹文龙，李进军

（西安天力金属复合材料有限公司，陕西 西安 710201）

爆炸焊接制备的复合板广泛应用于化工压力容器制造[1]。大板面复合板的生产能够减少压力容器设备的焊缝数量，从而提高设备的可靠性。实际上爆炸复合板的面积受到原材料板幅的限制，首先需要对复层进行拼焊，因此能否顺利的完成大面积复层的拼焊是制备大面积复合板的必要条件。

我公司先后购置两台SAF公司设计制造的NERTAMATIC 450型纵缝等离子+氩弧焊焊机。该焊机是目前国内最先进、一次可焊长度长（7m）的等离子焊机。它可实现自动等离子焊、自动交直流TIG焊及TIG+等离子双枪组合自动焊等功能，适合于板材厚度1.5mm～10.5mm的钛材、不锈钢、合金钢、镍基合金等多种金属板材的对接焊。其焊接速度快，焊缝美观，焊缝质量好，成本低。因此SAF纵缝等离子+氩弧焊焊机的使用完全解决了复合板生产过程中的复层拼焊效率低、不能满足大面积复合板制备的问题。

1 大面积复板拼焊易产生的问题

对于大面积复层的等离子拼焊，其特点是拼焊板幅大、焊缝长度长、焊接时间长。这不仅增加了焊接操作难度，而且要求焊前准备工作精细、焊机长时间精确控制。如果控制不当，有可能会出现以下三类问题。

1.1 焊接接头外观缺陷

（1）焊缝氧化。这是由于焊接过程中气体保护不良造成的，对于易于氧化的钛、锆等有色金属特别明显。焊缝氧化易造成焊接接头的弯曲性能、拉伸性能明显下降。焊缝氧化不仅出现在焊缝正面，还有可能出现在焊缝背面。当选择的保护气体中水分含量较多时，也有可能造成焊缝氧化。

（2）未焊透。当焊接速度过快、离子气流量较小、焊接电流较小时均会产生未焊透的情况，表现在焊缝正面就会出现余高异常增高。

（3）咬边。焊接电流过大会造成由于焊接参数选择不当沿焊趾的复层部位产生的沟槽状的咬边缺陷。咬边将减少母材的有效截面积、在咬边处可能引起应力集中，易引起裂纹。

通常情况下，由于SAF纵缝等离子+氩弧焊焊机是采用机焊的方式，因此不会因操作方法不当造成咬边。但是电流过大、离子气过大、焊接速度过慢就可能产生咬边。当焊前板材对接出现错边时，也会造成咬边现象的出现。

（4）增强高、焊瘤、烧穿。当焊缝的热输入量高于正常焊接所需要时，随着热输入量的逐渐增大，将依次会出现增强高、焊瘤、烧穿等缺陷。

1.2 焊接接头内部缺陷

（1）气孔、夹渣。由于焊前清理工作质量较低，造成灰尘、杂质、油渍等在焊接区域残留时，将会出现气孔、夹渣等现象。

（2）裂纹。当焊接合金时，由于元素烧损、偏析和焊接应力的共同作用，容易造成焊缝出现焊缝裂纹的出现。有时，当焊接电流过大或者焊接参数调节不合适时，裂纹将同其它焊接缺陷同时出现。

1.3 复板板型不达标

复板板型不达标是指拼焊后板材的不平度超标，出现起伏不平的现象，这直接影响爆炸焊接过程中复板飞行距离、碰撞角的变化，造成复合板局部结合强度降低甚至不结合的出现。

造成的主要原因有：复板待焊边部的直线度不达标、拼焊前预留间隙不合适、复板吊装过程不正当操作、焊接过程中的不正当操作。这些均有可能造成复板板型超标，给爆炸复合质量造成影响。

1.4 等离子焊机出现异常

SAF纵缝等离子+氩弧焊焊机是娇贵的焊接设备。娇贵的原因在于焊机的SP7等离子焊枪、水路循环系统、气体保护部分、自动弧压跟踪系统等均需按照正确的操作方式进行。出现细微的不正常现象一定要仔细分析原因，否则将出现大的部件损坏而导致焊机出现异常。

异常现象包括焊枪异常下落、等离子弧不能正常引弧、异常停机、焊缝质量不稳定、喷嘴、瓷套非正常烧损等现象。出现这些问题需要焊机操作工对焊机的工作原理进行正确的理解。可能的原因是水路循环系统堵塞、SP7等离子焊枪内部出现异常等，这些异常现象的出现不仅会导致焊机的损坏，而且还会导致焊缝缺陷的产生。

2 减少和防止焊接缺陷的措施

对以上所述大面积复层等离子拼焊出现的问题，我们应仔细研究其成因，找出症结所在，积极进行预防，从而确保焊接工作的正常进行。

2.1 焊前准备

大面积复层待拼焊边部应进行严格的焊前清理，利用刮刀、角磨机、钢丝刷清理毛刺，用绸布蘸丙酮擦除灰尘、杂质、油渍。板材对接时，要避免裸手触摸待焊边部；预留间隙要合适，以便造成整板应力分布不均匀。

2.2 焊接过程中控制

应严格按照已经评定合格的焊接工艺进行焊接参数调节。焊接过程中应通过监控设备严格监控熔池，及时调节焊接参数。

2.3 焊后缺陷的检验与修复

大面积复层等离子拼焊后，不仅要进行焊缝的外观检验、液体渗透检验、射线检验，还要进行复板板型的检验。当出现焊接缺陷时应按照焊接工程师制定的工艺要求进行缺陷的清理和修复。

2.4 等离子焊机的日常维护

SAF纵缝等离子+氩弧焊焊机需要定期保养与维护，如冷却液的及时更换、气体保护铜槽的定时清理、SP7等离子焊枪的定期检查。对于焊机使用的易损配件应及时备件。焊机操作工还应严格按照正确的操作规程进行操作，以避免焊机的损坏，从而保证焊接质量。

3 总结

大面积复层等离子拼焊出现的各种问题应及时进行分析，找出对策，保证焊缝质量。在考虑各种焊接质量影响因素后，按照评定过的焊接工艺进行拼焊的焊缝质量、复板板型均能达到技术要求。

[1]高宝利，李平仓，华先锋等.钛一钢复合板在滨海电站凝汽器中的应用[J].钛工业进展，2005（22）：36-38.