■ 劉立永，李靜濤，劉建國(guó)，唐元生，張之萬(wàn)，路斌，劉永華

氬弧焊打底加手弧焊填充蓋面的焊接工藝，經(jīng)過(guò)各專(zhuān)業(yè)公司多年的理論指導(dǎo)和實(shí)踐研發(fā)已經(jīng)能夠熟練掌握，合格率高，焊接設(shè)備簡(jiǎn)單，相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的施工條件能夠更好的接受和使用。不過(guò)對(duì)于一些返修無(wú)法進(jìn)行背面充氣保護(hù)的位置，就增大了氬弧焊焊接工藝的難度和易出現(xiàn)缺陷的幾率。對(duì)此為了能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)焊接環(huán)境的多變性和不可確定性，提出使用焊條電弧焊打底的焊接工藝，并進(jìn)行試驗(yàn)。

1.鎳基材料分析

鎳基材料具有良好的高溫和低溫強(qiáng)度以及優(yōu)良的耐腐蝕性能，多用于管道設(shè)備、石油化學(xué)設(shè)備、熱力鍋爐設(shè)備、電力行業(yè)等高溫高壓、腐蝕強(qiáng)度較大且需在持續(xù)高溫或低溫下運(yùn)行的運(yùn)輸管道及設(shè)備中。但由于鎳基合金導(dǎo)熱性差、線膨脹系數(shù)大、冷卻速度較快、熔合性能不好、鐵液流動(dòng)性差，所以焊接過(guò)程中保護(hù)不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生熔池氧化等缺陷。

由于復(fù)層與基層的材料不同，會(huì)因材料的導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)不同而出現(xiàn)材料稀釋等現(xiàn)象，這些不利因素更增加了焊接難度，所以應(yīng)當(dāng)制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮附硬僮鞴に嚕?yán)格按照工藝進(jìn)行焊接。鎳基材料的化學(xué)成分如表1所示，常溫下力學(xué)性能如表2所示。

2.焊接材料的選擇

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范SH/T3523/SH/T3527進(jìn)行焊接材料篩選，確定ENiCrMo-3為焊接填充材料。

根據(jù)選定的填充材料采購(gòu)了三個(gè)廠家的焊條，分別為smc、山特維克、林肯，并對(duì)三種焊條的操作性能和焊縫成形做比較。經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，smc廠家焊條焊接過(guò)程中電弧穩(wěn)定，脫渣性能好，產(chǎn)生飛濺少，焊條過(guò)熱受損量小，能夠滿足焊接需要。

表1 鎳基復(fù)合材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 鎳基復(fù)合材料常溫下力學(xué)性能

3.電源極性的篩選和對(duì)比

（1）直流正接打底 直流正接斷弧焊接時(shí)，電弧偏吹現(xiàn)象嚴(yán)重，根部出現(xiàn)單邊未熔合現(xiàn)象，焊縫正面出現(xiàn)較嚴(yán)重墜瘤，因此不能滿足質(zhì)量要求（見(jiàn)圖1）。

圖1 直流正接打底正面成形

（2）直流反接 直流反接斷弧焊接時(shí)，焊接電弧偏吹較大，焊條端部熔化速度較快，熔池不能送到焊縫背面，熔池溫度高，焊條熱損失嚴(yán)重，焊條藥皮脫落較多，易出現(xiàn)焊條沾粘現(xiàn)象，不能滿足焊條電弧焊打底需求（見(jiàn)圖2）。

圖2 直流反接焊接工藝正面成形

（3）交流焊接電源 交流弧焊接時(shí)，焊接偏吹現(xiàn)象較小，熔池形態(tài)較清晰，焊條端部藥皮脫落不明顯，電弧穩(wěn)定性適中，背面穿透能力較好，焊條熱損量相對(duì)較小。6點(diǎn)位置采用連弧焊背面成形和操作性較好，其余位置為了減小熱輸入采用斷弧焊方法。雖然正面也出現(xiàn)兩側(cè)夾溝現(xiàn)象，不過(guò)相較直流電源時(shí)清理力度減小。這種方法能夠較好的滿足焊條電弧焊打底的施焊工藝（見(jiàn)圖3）。

圖3 交流電源焊接正面成形

4.焊前準(zhǔn)備及坡口組對(duì)

材料組對(duì)前對(duì)坡口內(nèi)外兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的油污銹跡等臟物用專(zhuān)用磨光片打磨干凈。組對(duì)前認(rèn)真檢查坡口的角度、鈍邊、壁厚、焊接材料是否與焊接工藝規(guī)程一致。采用加固板方式點(diǎn)固，以減少打底層的焊接接頭，點(diǎn)固點(diǎn)應(yīng)在基層側(cè)。對(duì)于需要采用硬性矯正的試件，矯正工具和矯正點(diǎn)固點(diǎn)應(yīng)在基層側(cè)，焊前完成后打磨光滑。

當(dāng)焊接環(huán)境溫度低于0℃或潮濕度較大時(shí)，應(yīng)對(duì)點(diǎn)固區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度不高于15℃。由于鎳基材料的收縮性較大，為了打底層能更好的操作，要求組對(duì)間隙6點(diǎn)位置2.5mm，12點(diǎn)位置4.0mm，組對(duì)鈍邊1.0～1.5mm為宜。坡口組對(duì)形式如圖4所示。

5.焊接工藝

圖4 坡口組對(duì)形式

打底層為了避免熔池在正面焊縫產(chǎn)生墜瘤，坡口兩側(cè)熔合良好，焊接過(guò)程中焊條向坡口根部用力送進(jìn)，并在坡口兩側(cè)稍許停留，以保證背面的穿透和坡口兩側(cè)的熔合性。由于焊條電弧焊時(shí)焊條的電阻大、焊條易發(fā)紅，后半部分焊條的使用性能較差，所以在焊接過(guò)程中應(yīng)留有稍長(zhǎng)的焊條頭，以5cm為宜，避免出現(xiàn)焊條沾粘、保護(hù)不良等焊接缺陷。

打底時(shí)要注意焊條的角度，6點(diǎn)位置焊條應(yīng)稍向后傾斜與試件呈80°夾角向根部送進(jìn)上頂，以拖住熔池減輕熔池下墜傾向。打底層焊接熄弧再起弧處的接頭要打磨光滑，并修磨出能夠保證接頭穿透的斜面（見(jiàn)圖5）。

圖5 焊接接頭修磨

在完成6點(diǎn)部位的連弧焊操作后，到達(dá)5點(diǎn)和7點(diǎn)位置，為了減少熔池過(guò)渡墜瘤，改為斷弧焊工藝。由于鎳基材料熔池流動(dòng)性差、冷卻速度快等特點(diǎn)，因此斷弧打底時(shí)的頻率要快，再起弧的位置要準(zhǔn)，通常在上一熔池冷卻到二分之一時(shí)，進(jìn)行下一弧的引燃，并在熔池溫度最高的地方再起?。慈鄢刈盍恋牡胤剑４虻讜r(shí)熔池易往焊縫中間聚集、兩側(cè)易夾溝，因此焊條要做左右擺動(dòng)，使熔池能夠到達(dá)焊縫坡口的兩側(cè)，分散熔池中間的溫度，確保背面焊縫兩側(cè)熔合良好。

斷弧焊時(shí)要求收弧穩(wěn)定有力、不拖泥帶水，把焊條端部的熔化殘余甩掉，以便于下一電弧的再次引燃，減少焊條沾粘現(xiàn)象。由于鎳基材料的熔深較淺，盲目的增大焊接參數(shù)并不能起到增大熔深的目的，還會(huì)使焊條的電阻更大、更易發(fā)紅，造成藥皮脫落嚴(yán)重，會(huì)因保護(hù)不良產(chǎn)生氣孔等缺陷，因此應(yīng)選用稍小的焊接參數(shù)。

完成打底層焊接后，要對(duì)焊縫正面進(jìn)行清根打磨，把焊縫打磨平整便于下一層的焊接，也能更好的保證焊接質(zhì)量。由于打磨光滑后的打底層較薄，所以在接下來(lái)的填充層應(yīng)采用較小的焊條直徑和較小的焊接參數(shù)進(jìn)行填充。

填充層采用直流反接工藝，焊接過(guò)程中由于在熄弧處易出現(xiàn)弧坑裂紋，所以在收弧時(shí)應(yīng)使焊條向后回壓收弧，或采用斷弧2～3次的方式進(jìn)行熄弧，以增加熄弧處的厚度，減小裂紋的形成幾率。由于熔池的流動(dòng)性較差、凝結(jié)速度較快，中間易出現(xiàn)凸起兩側(cè)夾溝的現(xiàn)象，所以在焊接過(guò)程中，可采用反月牙運(yùn)條方式，擺動(dòng)寬度最大不得超過(guò)焊條直徑的3倍，當(dāng)單道寬度超過(guò)此值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分道焊接。

由于鎳基復(fù)合管道屬于異種材料的熱軋鋼，鎳材料的熔點(diǎn)溫度較碳鋼要低、散熱能力較碳鋼要差、線膨脹系數(shù)較碳鋼要大等因素，造成焊接過(guò)程中鎳基材料與碳鋼層相熔合時(shí)熔敷深度較淺，易出現(xiàn)層間未熔合和側(cè)壁未熔合，所以每層的焊縫厚度以不超過(guò)焊條直徑的1.0～1.5倍為宜，在坡口兩側(cè)邊角增加停留時(shí)間，以使鎳材料能夠良好的與碳鋼基層相熔合。

進(jìn)行分道焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的焊縫寬度選擇相應(yīng)的焊道道數(shù)，以分兩道為例，第一道應(yīng)覆蓋原始焊縫的2/3位置，第二道應(yīng)覆蓋第一道焊縫的1/2位置，以保證焊縫整體成形平整。如需要分3道或3道以上焊接時(shí)，應(yīng)先焊坡口兩側(cè)后焊中間。

焊接過(guò)程中并不是增加焊接電流就能夠增加焊縫的熔深，由于鎳基材料散熱較差、電阻較大，增大電流時(shí)會(huì)使焊接材料通過(guò)的熱量更大，造成焊接材料的受熱損失量加大，因此應(yīng)增加電弧推力，增加電弧的挺度，來(lái)增加熔池的熔敷深度。蓋面外觀成形如圖6所示，焊接操作實(shí)際參數(shù)如表3所示。

表3 焊接參數(shù)

圖6 焊縫蓋面外觀成形

6.焊道表面自檢

對(duì)焊接完成的焊縫，在試件溫度冷卻后對(duì)焊道的正面及背面進(jìn)行檢查，要求焊縫正面及背面不得出現(xiàn)深度＞0.5mm并不超過(guò)30mm的咬邊，不得出現(xiàn)未熔合、表面夾渣、氣孔、裂紋、凹陷等缺陷。對(duì)于有缺陷的部位及時(shí)打磨干凈，并嚴(yán)格按照焊接工藝指導(dǎo)書(shū)的規(guī)范進(jìn)行修補(bǔ)，并重新進(jìn)行自檢。

7.結(jié)語(yǔ)

此工藝與氬弧焊打底工藝相比，具有操作設(shè)備簡(jiǎn)單，減少背面充氣難度，抗風(fēng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于不易進(jìn)行背面充氣保護(hù)進(jìn)行返修的位置。但同時(shí)對(duì)焊工的技能水平也有更高層次的要求，需要焊工手穩(wěn)、經(jīng)驗(yàn)豐富、觀察能力強(qiáng)，并且對(duì)鎳基材料的焊接性有足夠的掌握、對(duì)缺陷的分析透徹。