箱形柱熔嘴丝极电渣焊SES焊接技术分析

包慧慧，阎增兴，赵庆科，王 渊

浙江致远钢结构股份有限公司，浙江 台州 318000

1 熔嘴丝极电渣焊简介

电渣焊是指利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热来进行焊接的一种方法。电渣焊根据电极形状的不同，可分为丝极、管极（熔嘴）和板极。工厂箱型柱隐蔽焊缝焊接采用丝极和管极。电渣焊是在垂直或接近垂直的位置进行焊接的，适用于箱型柱隐蔽内隔板焊接的一种形式。ZH-1000/1250悬挂式电渣焊结构示意图如图1所示。

图1 ZH-1000/1250悬挂式电渣焊结构示意图

管极（熔嘴）电渣焊是焊丝穿过外涂药皮的管焊条（熔嘴）到达熔池和管焊条一起熔化作为填充金属的焊接方法，丝极（非熔嘴）电渣焊导管采用水循环不熔化，仅焊丝作为填充金属的焊接方法。管极、丝极电渣焊目前在工厂焊接箱型柱中广泛应用。

电渣焊焊接质量与焊工的操作技能有直接关系，焊工焊接电渣焊缝，要想使电渣焊焊缝UT探伤合格率达到100%，必须掌握电渣焊的应知知识点，通过培训、学习掌握相关知识，达到一定的熟练程度。

2 渣孔装配要求

根据箱型柱内隔板盖板厚度的不同，制定不同的加工装配工艺要求。电渣焊内隔板I型坡口间隙与板厚的关系如表1所示。

表1 电渣焊内隔板I型坡口间隙与板厚的关系 单位：mm

例如，若内隔板厚度为25mm，盖板厚度为30mm，则电渣焊焊孔要求如图2所示。

图2 电渣焊渣孔尺寸要求（单位：mm）

当内隔板厚度为25mm时，电渣渣孔尺寸应为25mm×25mm；当内隔板小于25mm时，应调整至25mm。这样焊接过程渣池比较稳定，提高电渣焊的合格率。

电渣焊渣孔垫板尺寸长度根据箱型柱具体尺寸来定，厚度不小于25mm，宽度为50mm（机加工前需放量20mm，达到70mm），保证垫板的宽度与厚度的目的是避免焊接过程中垫板熔穿，进而影响电渣焊焊接质量和进度。

为了防止焊接过程中漏渣，必须对垫板进行机加工，确保内隔板与盖板面密贴，防止焊接过程中漏渣、熔穿。箱型柱装配好后，放到焊接平台，焊前先用细钢筋棒把渣孔内的铁屑及杂质清理干净，确保渣孔内畅通。

3 焊接工艺参数对焊接质量的影响

3.1 电流

一般等速送丝的焊机，其送丝速度快时电流大。电流与焊接区产生的热能成平方正比关系，电流愈大，产生热量愈高，熔嘴、焊丝与母材的熔化愈快，相应焊接速度快，但电流的选择受熔嘴直径的限制，如果电流过大钢管因承受电流密度太大而发热严重，熔嘴的药皮会发红且失去绝缘性能。因此电流应根据熔嘴直径、焊丝直径和板厚作适当选择。

3.2 电压

电压与焊缝的熔宽成正比关系，在起弧阶段所需电压稍高，一般为40～42V，以便于尽快熔化母材边缘和形成稳定的电渣过程。正常焊接阶段时（电渣过程），所需电压稍低，一般为36V、38V。如电压太高，焊丝易与渣池产生电弧；如电压太低，焊丝易与金属熔池短路，电渣过程不稳定，同时母材因熔化不足而产生未熔合缺陷。

3.3 渣池深度

渣池深度与产生的电阻热成正比，渣池深度稳定则产生的热量稳定，焊接过程也稳定。渣池的深度要求一般为30～35mm。渣池太深则电阻增大使电流减小，使母材边缘熔化不足，焊缝不成形。渣池太浅则电流增大，电压减小，电渣过程不稳定。如果衬板与母材密贴不严，造成熔渣突然流失，熔嘴端即离开了渣池表面，仅有焊丝还在渣池中，导电面积减小，电流突降，电压升高，必须立即添加焊剂方能继续焊接过程。

4 焊前准备工作

（1）管焊条：直径分别为Φ8mm、Φ10mm、Φ12mm，根据渣孔大小选择，尽量选择直径小的管焊条，增加渣孔空间，使渣池相对比较稳定。（2）焊丝：采用直径为Φ2.4mm或Φ3.2mm的焊丝，丝极采用Φ1.6mm。（3）电渣焊专用焊剂：型号为JF-600或HJ431（电渣焊专用）。（4）起弧：在起弧位置加一些抛丸机钢丸或者碎焊丝头。（5）耐火泥：用于渣孔密封及漏渣或烧穿时的应急封堵。（6）引弧铜槽、收弧马口槽：铜槽材质选用黄铜或铬锆铜，最好选用铬锆铜，铬锆铜比黄铜耐高温，易清渣，耐磨耐用。（7）竹筒：用于添加焊剂。（8）小镜子：用于观察渣孔下端熔嘴或焊枪的同心度。（9）护目镜：焊工佩戴，观察渣池颜色，以便添加焊剂。（10）千斤顶：用于固定引弧铜槽。

5 焊接规范参考值

当箱型柱渣孔尺寸为25mm×25mm时，焊前设定焊接工艺规范，管焊条直径为Φ8mm，焊丝直径为Φ3.2mm时，采用的规范如表2所示。

表2 焊接规范参考值

电流电压之间的匹配很重要，电流过大，电压过高，填充量过快，渣池过宽，渣孔四周熔深不够，会产生未熔合；电流过小，电压过低，填充量不够，四周边缘熔不到，同样产生未熔合夹渣现象，因此焊接过程电流电压匹配一定要合适，这样才能保证渣孔四周完全熔合。

电压与熔池的宽度成正比，在起弧阶段所需要的电压稍高，一般为40～42V，便于尽快熔化母材边缘，形成稳定的渣池，进入正式焊接阶段（进入箱体后）所需要的电压为34～38V，如果电压太高，焊丝易于渣池产生电弧，母材边缘熔化太宽；如果电压太低，焊丝易于金属熔池短路，渣池不稳定，同时母材因熔化不足而产生未熔合缺陷。最佳规范如表3所示。

表3 熔嘴电渣焊焊接工艺参数

6 焊接关键技术

6.1 起弧及造渣

先将外涂药皮管焊条（熔嘴）放入畅通的渣孔内，管焊条起到导向与填充作用，焊丝穿过管焊条，作为熔化电极（丝极电渣焊焊枪导管仅起到导向左右，通过循环水冷却的方式确保焊枪导管不过热）。将管焊条端部伸至与渣孔底部平齐，或伸出底部5～10mm，然后焊丝从管焊条内孔穿出，伸出管焊条端部25～30mm（丝极伸出35～40mm），然后将一面小镜子放置在千斤顶上，便于观察管焊条与渣孔的同心度，管焊条与渣孔的同心度对于焊接质量影响至深，如果管焊条与渣孔不同心，会造成管焊条与母材相碰触，发生短路故障，管焊条发红熔断，焊接过程中断。因此无论是管极还是丝极，起弧前必须调整好管焊条（或焊枪）与渣孔的同心度。确认同心度后，将引弧铜槽（铜槽引弧深度为50mm，槽内放入5～10mm厚的钢丸，辅助引弧）放置好，用千斤顶顶紧密贴。为防止局部漏渣，用和好的耐火泥将铜槽与箱体间的缝隙封好，做到起弧阶段不漏渣，确保焊接的顺利进行。起弧的方法采用接触引弧或者摩擦引弧。先采用接触引弧，若不成功，再用摩擦引弧，可用手微微摆动一下管焊条（焊枪），但是幅度不能太大，否则会影响同心度。起弧后先将焊前准备好的焊剂（型号为JF600，重量约100g）倒入铜槽内，把电弧光埋住，开始造渣过程，此时要确保焊接电流及焊接电压合乎规范。

6.2 渣池深度判断

等到渣池稳定后，用护目镜观察渣池颜色，主要是确定渣池深度，如果渣池颜色发黑，说明渣池较厚，不要添加焊剂；如果渣池颜色发白，说明渣池深度变浅，适量添加少许焊剂，当渣池颜色为橘红色时，说明渣池厚度正好。渣池稳定后，确认一下管焊条（焊枪）的同心度，如果同心度有偏差，进行适当调整。

6.3 电流调整

当焊接正常进行时，与渣池连接的箱体盖板一般呈现暗红色或者橘红色，如果没有颜色变化，说明焊接电流过大或过小，也有可能是同心度偏移，立即进行调整。有的焊工发现箱体盖板没有颜色变化时，以为电流偏小，盲目增大电流，焊道填充量加大，渣池上升速度加快，热量扩散时间变短，导致盖板颜色更没有变化，同时会造成未熔合及夹渣缺陷。正确的做法应是适当小幅度减小电流，使得焊道液面升高速度变慢，热量扩散时间变长，渣池四面熔深增加，箱体盖板上对应位置的温度进一步升高。

6.4 正常焊接的表象特征

正常进行的焊接过程会呈现以下表象：管焊条（焊枪）处于渣孔的同心位置；渣池表面颜色为橘红色；盖板焊缝区域呈现暗红或橘红色。以上表象下的渣池燃烧稳定，焊接规范适当，不要随意调整，直至焊接结束。

6.5 漏渣的处理工艺

当焊接过程出现衬板没有贴紧，间隙过大，会出现熔穿流渣的情况，此时不要慌乱，不要熄弧，尽快把电流调至200A，电压调至24V，目的是减小熔深及熔宽，立即添加焊剂，堵住熔孔，不要添加钢丸（否则会造成未熔合及夹渣现象），熔孔堵住后，渣池液面漫过熔穿位置，确定不再漏渣后，立即恢复焊接规范，进入正常焊接状态。造成漏渣的主要原因是衬板与箱体盖板无法密贴，间隙过大，此时要对衬板进行机加工，确保衬板条平直，当焊缝焊至箱体高度的2/3后，焊缝渣池周围的温度越来越高，盖板颜色也由橘红色变成亮白色，很容易烧穿，此时把电流电压适当调小，确保盖板不被烧穿。

6.6 收弧工艺

进入收弧阶段，把收弧专用马口铜块放置在渣孔处，马口铜块收弧高度为40mm，用耐火泥将其四周间隙封堵好，渣池液面与马口铜块平齐时，电渣焊熄弧，将焊丝收起，管焊条提高，让熔渣慢慢空冷，不要将其马上清除，以免形成裂纹缺陷。焊缝温度降至常温后，清除熔渣，检查是否有缺陷。一切正常后，用碳弧气刨清除焊道余高，修出坡口，交给下一道工序，进行箱体主焊缝的打底焊接。

7 常见缺陷产生的原因及防治措施

电渣焊常见缺陷的产生原因及防治措施如表4所示。

表4 电渣焊常见缺陷产生的原因及防治措施

8 结论

文章通过分析箱形柱熔嘴丝极电渣焊SES焊接技术，得出了以下结论：（1）利用该技术可实现箱体内隐蔽焊缝100%熔透，能够确保箱体节点抗拉强度的受力；（2）改善了焊工在箱体内施焊的恶劣环境；（3）降低了焊工的劳动强度；（4）采用电渣焊提高了隐蔽焊缝的焊接质量，提高了焊接效率，降低了焊接成本。