侯延斌

湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410100

1 序言

在焊條電弧焊焊接作業(yè)過程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦鞣N原因產(chǎn)生焊接缺陷，其中產(chǎn)生比較頻繁的缺陷主要有氣孔、裂紋等，而焊接缺陷的產(chǎn)生將嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率。在鍋爐廠、壓力容器廠等高壓管道及容器的制作過程中，對(duì)焊接質(zhì)量的控制要求非常嚴(yán)格，一般焊后均需按照產(chǎn)品使用工況對(duì)焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)。為保證焊接質(zhì)量，無論是對(duì)焊接材料的管控還是對(duì)焊接工藝的執(zhí)行，都有嚴(yán)格的管理制度及操作流程。但在一些建筑安裝企業(yè)中，由于施工工地流動(dòng)性的特殊性、生產(chǎn)任務(wù)的不均勻性、產(chǎn)品形式的不固定性及生產(chǎn)條件的局限性，因此致使焊接質(zhì)量的控制遠(yuǎn)比壓力容器等工廠困難。另外，在建筑安裝企業(yè)中，焊條電弧焊的使用占整個(gè)焊接量的80%以上，為確保焊接質(zhì)量，焊接材料的保管和使用就顯得更為重要。因此，本文主要研究分析焊條電弧焊過程中產(chǎn)生氣孔的原因，并從焊接材料管理的角度制定控制措施。

2 焊條電弧焊產(chǎn)生氣孔缺陷的原因分析

在焊條電弧焊中產(chǎn)生氣孔的原因主要有以下幾個(gè)方面。

（1）材料方面 產(chǎn)生氣孔的原因有焊條未按照要求進(jìn)行烘干，焊條受潮或者吸潮，以及焊件坡口周圍的油、漆、銹等未清理干凈等，導(dǎo)致焊接材料及焊件周圍在焊接過程中高溫條件下會(huì)產(chǎn)生大量氣體，而焊接熔池的冷卻速度非?？?，產(chǎn)生的氣體來不及溢出就會(huì)存在焊縫內(nèi)部形成氣孔。另外，焊條藥皮變質(zhì)、破損等也會(huì)使焊條藥皮對(duì)熔池的保護(hù)效果不佳，導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生氣孔。

（2）焊接工藝方面 當(dāng)焊條電弧焊過程中采用過大的焊接電流時(shí)，因焊條藥皮發(fā)紅而導(dǎo)致保護(hù)失敗，因焊接電弧過長(zhǎng)等造成熔池保護(hù)不良而產(chǎn)生氣孔等。

從以上分析可看出，產(chǎn)生氣孔的很多原因可以通過管理措施進(jìn)行控制，比如焊件焊前進(jìn)行相應(yīng)的清理打磨[1]，藥皮破損的焊條可以不再進(jìn)行使用，以及嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接等，均可降低焊條電弧焊中氣孔的產(chǎn)生。然而，焊接材料的管理不當(dāng)同樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生焊接氣孔等缺陷，而在焊接材料的管理過程中，很多環(huán)節(jié)是不可控的或者是無法預(yù)知的，比如焊條在使用前進(jìn)行了烘干，然后在使用過程中由于各種原因可能無法及時(shí)使用，這樣焊條就會(huì)暴露在環(huán)境中，導(dǎo)致焊條二次受潮等，將會(huì)增加焊條電弧焊氣孔產(chǎn)生的概率。因此，在焊條電弧焊中，焊接材料的烘干、保持焊接材料的干燥及防止受潮尤為重要。

3 焊接材料管理的控制

按照J(rèn)B/T 3223—2017《焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程》的要求，焊接材料在使用之前必須烘干[2]，然后放入保溫裝置內(nèi)，在規(guī)定的溫度范圍之內(nèi)保溫。但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，很多焊工在使用過程中將烘干的焊條裝入焊條保溫桶，未對(duì)焊條保溫桶進(jìn)行通電，或者焊條保溫桶通電了而保溫桶蓋子未蓋上，導(dǎo)致烘干的焊條暴露在空氣中。通過調(diào)查研究數(shù)據(jù)分析，在環(huán)境溫度（25℃）和保存時(shí)間（48h）相同的條件下，焊條如果裸露地置于空氣中進(jìn)行保存，當(dāng)相對(duì)濕度分別為65%、80%、90%時(shí)，焊條藥皮中的水分隨濕度的增加而增加 。而帶包裝保存的焊條，在保存時(shí)間（48h）相同的條件下，隨環(huán)境溫度、相對(duì)濕度的增加，焊條藥皮中的水分也增加，但比裸露的稍好一些。因此，隨焊條包裝的完整程度、倉(cāng)庫環(huán)境和庫存時(shí)間不同，吸潮的程度也有很大差別（見圖1、圖2）[3]。大氣濕度越高，焊條藥皮短時(shí)間就可吸收大量水分，越能引起焊縫金屬中氫含量增高，從而成為產(chǎn)生氣孔、焊接冷裂紋的隱患。通過以上分析可以確定，正確使用焊條是確保焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)條件和先決條件。

圖1 鈦鐵礦型焊條的吸潮曲線

圖2 低氫型焊條的吸潮曲線

然而，在焊接材料的管理過程中，焊條保溫桶對(duì)焊條電弧焊來說是至關(guān)重要的工具。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的焊條保溫桶在使用過程中，因?yàn)榭偸且萌『笚l，所以會(huì)使焊條保溫桶內(nèi)溫度下降，導(dǎo)致焊條二次受潮，增加了焊條電弧焊中氣孔的產(chǎn)生概率。因此，若想改善焊條電弧焊的焊縫質(zhì)量，則首先需要從焊接材料的管理入手[4]，而加強(qiáng)在焊接過程中焊條的規(guī)范管理，還得對(duì)焊條保溫桶這個(gè)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行研究。

4 改善焊接材料管理措施

通過調(diào)查研究取證，目前市場(chǎng)上使用的焊條保溫桶基本都是在取焊條時(shí)需要打開保溫桶蓋子，而每次打開時(shí)都伴隨著內(nèi)部熱量的散失，導(dǎo)致焊條二次受潮，影響焊縫焊接質(zhì)量?；谝陨蠁栴}，通過設(shè)計(jì)研究，開發(fā)出一款新型焊條保溫桶，通過改進(jìn)現(xiàn)有焊條保溫桶的結(jié)構(gòu)，使焊工在使用過程中不用打開焊條保溫桶的蓋子，僅通過電動(dòng)控制裝置就可以自動(dòng)送出焊條，使取用焊條更加便捷，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且避免了使用過程中經(jīng)常打開保溫桶蓋子，使熱量散失的缺點(diǎn)，在保證焊條質(zhì)量的同時(shí)確保了焊縫質(zhì)量。同時(shí)，在保溫桶外部進(jìn)行加裝焊條頭回收裝置，提高了焊條頭的回收率，避免了焊條頭對(duì)環(huán)境的污染。

5 新型焊條保溫桶的結(jié)構(gòu)

新型焊條保溫桶主要由焊條入口（保溫蓋）、保溫倉(cāng)、電加熱裝置、電動(dòng)控制裝置、自動(dòng)出焊條通道及廢料回收裝置等幾部分組成（見圖3），內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。各組成部分主要工作原理詳述如下。

（1）焊條入口 主要用于從焊條烘干箱內(nèi)取出焊條，放入保溫倉(cāng)內(nèi)，然后關(guān)閉保溫蓋，進(jìn)入保溫狀態(tài)，此部分與傳統(tǒng)的焊條保溫桶無太大區(qū)別。

（2）保溫倉(cāng) 是一個(gè)密閉空間，可滿足市場(chǎng)常用焊條的儲(chǔ)存空間，個(gè)別焊條可根據(jù)焊條型號(hào)單獨(dú)制作適宜的產(chǎn)品，保溫倉(cāng)儲(chǔ)存容量約為5kg。

（3）電加熱裝置 為變頻式加熱裝置，當(dāng)保溫倉(cāng)內(nèi)溫度低于80℃時(shí)，可自動(dòng)開啟加熱功能，高于120℃時(shí)則停止加熱功能。

（4）電動(dòng)控制裝置 用來控制焊條的自動(dòng)送出功能，通過手動(dòng)按壓，每次送出一根焊條。

（5）自動(dòng)出焊條通道 位于保溫桶臥倒放置時(shí)的最底端。焊條通過重力作用進(jìn)入通道內(nèi)，且通道只可存儲(chǔ)一根焊條，進(jìn)入通道內(nèi)的焊條通過電動(dòng)控制裝置被送出。

（6）廢料回收裝置 主要用于回收焊條頭。回收倉(cāng)的進(jìn)出口由滑動(dòng)式封閉蓋和倉(cāng)身組成。在使用過程中，每根焊條端部5cm左右長(zhǎng)度無法繼續(xù)使用，只能當(dāng)作廢料處理。通過試驗(yàn)，回收倉(cāng)的存儲(chǔ)空間完全能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)保溫桶內(nèi)5kg焊條的焊條頭的存儲(chǔ)。

圖3 新型焊條保溫桶結(jié)構(gòu)

圖4 新型焊條保溫桶內(nèi)部結(jié)構(gòu)

6 新型焊條保溫桶的主要功能及創(chuàng)新點(diǎn)

新型焊條保溫桶的主要功能及創(chuàng)新點(diǎn)介紹如下。

1）新型焊條保溫桶采用自動(dòng)出焊條的方式，使用更加便捷。在焊接作業(yè)過程中，焊工不再需要打開焊條保溫桶蓋子去取焊條，避免了焊工在作業(yè)過程中帶著很厚的皮手套打開焊條保溫桶蓋子取焊條不方便的弊端。研發(fā)設(shè)計(jì)的新型焊條保溫桶，通過電動(dòng)控制按鈕取焊條，方便快捷。

2）新型焊條保溫桶保溫效果好，可降低加熱裝置的功率，更加節(jié)能。傳統(tǒng)的焊條保溫桶在使用過程中，需要頻繁打開蓋子，導(dǎo)致內(nèi)部熱量的散失。通過研發(fā)的新型焊條保溫桶，避免了熱量散失的問題，保證了焊條保溫桶內(nèi)部溫度在規(guī)定范圍之內(nèi)，降低了保溫桶內(nèi)加熱裝置的功率，在節(jié)約能源的同時(shí)，提高了焊縫質(zhì)量，減少了焊接事故的發(fā)生，帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3）新型焊條保溫桶加裝了焊條頭回收裝置，更加環(huán)保，保證焊條頭100%回收，避免了焊條頭對(duì)環(huán)境的污染。

4）新型焊條保溫桶采用電動(dòng)控制按鈕，出焊條更加高效，減少了焊工在作業(yè)過程中取焊條的時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率。

5）新型焊條保溫桶使用過程中需要臥倒放置，使用更加安全。傳統(tǒng)的焊條保溫桶，在使用過程中大部分為直立放置，雖然也加裝了橫臥支撐裝置，但是不是強(qiáng)制措施，在使用過程中大部分焊接操作人員為了關(guān)閉保溫桶蓋子方便，都會(huì)將保溫桶直立放置。如果高空作業(yè)過程中的平臺(tái)不穩(wěn)固，直立放置的焊條保溫桶就很容易發(fā)生保溫桶高空墜落，存在較大的安全隱患。研發(fā)的新型焊條保溫桶采用了強(qiáng)制臥倒放置，避免了傳統(tǒng)保溫桶在高空作業(yè)時(shí)存在的安全隱患。

7 新型焊條保溫桶研發(fā)的必要性

新型焊條保溫桶研發(fā)的必要性主要包括以下幾點(diǎn)。

1）依據(jù)國(guó)家規(guī)范JB/T 3223—2017《焊接材料質(zhì)量管理規(guī)程》規(guī)定，焊條在使用之前必須在烘干箱中進(jìn)行烘干，使用過程中必須放入焊條保溫桶內(nèi)。

2）通過《2020—2025年中國(guó)電焊條保溫桶行業(yè)市場(chǎng)需求與投資咨詢報(bào)告》數(shù)據(jù)分析，未來焊條保溫桶的市場(chǎng)需求量巨大。因?yàn)楹笚l電弧焊有著靈活的操作優(yōu)勢(shì)，所以在未來幾十年難以被其他方式取代。

3）新型焊條保溫桶有著諸多優(yōu)點(diǎn)，能彌補(bǔ)傳統(tǒng)焊條保溫桶在使用過程中的一些不足之處。

8 結(jié)束語

通過以上分析，為確保焊接質(zhì)量，降低焊縫中氣孔等焊接缺陷的概率，重點(diǎn)需要從焊接材料的管理源頭出發(fā)。在焊接材料的管理過程中，傳統(tǒng)焊條保溫桶在使用過程中存在一定的弊端。通過研究設(shè)計(jì)出一款新型焊條保溫桶，可以消除傳統(tǒng)焊條保溫桶的弊端，確保焊接材料在使用過程中不再吸潮，降低焊縫中產(chǎn)生氣孔等缺陷的概率，提高焊縫的質(zhì)量[5]。