提高STT根焊+自保護(hù)藥芯半自動(dòng)焊焊接質(zhì)量的若干策略
劉德前 李德慶 黃先中 周小輝
摘 要：在陜京三線輸氣管道建設(shè)中，使用了STT根焊+自保護(hù)藥芯半自動(dòng)焊的焊接技術(shù)，該技術(shù)具有焊接效率高、質(zhì)量好、外形美觀、勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)STT根焊+自保護(hù)藥芯半自動(dòng)焊產(chǎn)生氣孔、夾渣、未熔等缺陷的分析，并結(jié)合CO2保護(hù)氣體的優(yōu)點(diǎn)，提出了該種焊接技術(shù)產(chǎn)生缺陷的原因，并給出了解決方法，給控制該項(xiàng)技術(shù)的焊接質(zhì)量提供了參考。
關(guān)鍵詞：STT；CO2保護(hù)氣；質(zhì)量；控制；改進(jìn)

1 引言
隨著長(zhǎng)輸管線的發(fā)展和輸送工藝技術(shù)以及輸送壓力等級(jí)的不段提高，用于管道鋼的材質(zhì)由最早的16Mn、X52，現(xiàn)已發(fā)展到X70、X80、X100、X110，其中X70、X80級(jí)管道鋼在西氣東輸工程中已經(jīng)廣泛推廣，更高鋼級(jí)的X100、X110還在試驗(yàn)階段。焊接技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，半自動(dòng)焊已在國(guó)內(nèi)廣泛運(yùn)用，由于全自動(dòng)焊焊接受焊接缺陷因素的制約，影響了其高效率的發(fā)揮，為此，研究提高半自動(dòng)焊質(zhì)量對(duì)我們有著深遠(yuǎn)的意義。
2 概述
2.1 STT （Surface-tension transfer）
STT型 CO2焊接技術(shù)基于短路液橋表面張力過(guò)渡的理論。特點(diǎn)：1引弧容易，電弧燃燒穩(wěn)定；2飛濺小，焊接煙塵少，噪聲��；3焊縫成型美觀；4精確的熱輸入控制可以減少焊接變形和燒穿；5成本低；6焊接速度快，效率高；7焊后不需清理；8操作容易。
3 缺陷成因及解決方法
3.1未焊透：
母體金屬接頭處中間（X坡口）或根部（V、U坡口）的鈍邊未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接頭的機(jī)械強(qiáng)度，在焊接件承受載荷時(shí)容易導(dǎo)致開(kāi)裂。預(yù)防措施采用較大的焊接電流,正確地進(jìn)行施焊操作,注意坡口部位的清潔。
3.2氣孔：
氣孔是指焊接時(shí),熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出,殘存于焊縫之中所形成的空穴。氣孔減少了焊縫的有效截面積,降低了接頭的強(qiáng)度,降低塑性,還會(huì)引起泄漏。氣孔也是引起應(yīng)力集中的因素。
3.2.1氫氣孔
3.2.1.1如果熔池在高溫時(shí)溶入大量的氫氣，在結(jié)晶過(guò)程中又不能充分排出，則留在焊縫中成為氣孔。
3.2.1.2電弧區(qū)的氫主要來(lái)自焊絲、工件表面的油污及鐵銹，以及CO2氣體中所含的水分。
3.2.1.3CO2氣體中所含的水分引起氣孔，采取如下措施a.將新灌氣瓶倒立靜置1~2h，然后打開(kāi)閥門(mén)。把沉積在下部的自由狀態(tài)的水排出。b.瓶中氣體壓降到980Kpa時(shí)不在使用。
3.2.1.4防風(fēng)棚進(jìn)行保護(hù)時(shí)注意保證嚴(yán)密性，防止瞬時(shí)風(fēng)力過(guò)大，吹偏CO2保護(hù)氣流。
3.2.1.5防止氫氣孔的其他措施a.清除工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物。b.焊前預(yù)熱,焊后緩冷。c.控制焊接電弧的合適長(zhǎng)度。d.嚴(yán)禁管內(nèi)有穿堂風(fēng)，采取端部封堵等措施。
3.2.2氮?dú)饪?br /> 3.2.2.1氮?dú)饪桩a(chǎn)生的主要原因：保護(hù)氣層遭破壞，大量空氣侵入焊接區(qū)所致。
3.2.2.2造成保護(hù)氣層失敗的因素： CO2氣體流量過(guò)��；飛濺物賭塞部分噴嘴；噴嘴與工件的距離過(guò)大；焊接場(chǎng)地有較大側(cè)向風(fēng)。
3.2.2.3其他原因：工藝因素如電弧電壓、焊接速度、電源極性等。電弧電壓越高，空氣侵入的可能性越大。焊接速度越慢，熔池結(jié)晶液越慢，氣體排出容易；反之亦然。
3.3夾渣：
3.3.1夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現(xiàn)象。
3.3.2夾渣產(chǎn)生的原因a.坡口尺寸不合理;b.坡口有油漬等污物;c.層間清渣不徹底;d.焊接線能量小;e.液態(tài)金屬凝固過(guò)快。
3.3.3 防止夾渣的措施：a.清除坡口處污物。b. 層間清渣徹底。c.選用合適的工藝參數(shù)。
3.4裂紋：
3.4.1從產(chǎn)生溫度上看,裂紋分為兩類(lèi)：熱裂紋和冷裂紋。
3.4.2裂紋的危害：
裂紋的危害尤其是冷裂紋,帶來(lái)的危害是災(zāi)難性的。主要表現(xiàn)為脆性破壞。
3.4.3熱裂紋
3.4.3.1影響熱裂紋的因素:
a合金元素和雜質(zhì)的影響碳元素以及硫、磷等雜質(zhì)元素的增加,使結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生機(jī)會(huì)增多。
b.冷卻速度增大,一是使結(jié)晶偏析加重,二是使結(jié)晶溫度區(qū)間增大,兩者都會(huì)增加結(jié)晶裂紋的出現(xiàn)機(jī)會(huì)；
c.結(jié)晶應(yīng)力與拘束應(yīng)力的影響在脆性溫度區(qū)內(nèi),金屬的強(qiáng)度極低,焊接應(yīng)力又使這部分金屬受拉,當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí),就會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。
3.4.3.2防止熱裂紋的措施：a.減小硫、磷等有害元素的含量。b.加入一定的合金元素,減小柱狀晶和偏析。c.采用熔深較淺的焊縫,改善散熱條件。d.合理選用焊接規(guī)范,并采用預(yù)熱和后熱,減小冷卻速度。e.減小焊接應(yīng)力。f.多層焊焊完3層后才能移動(dòng)管道。
3.4.4冷裂紋
3.4.4.1最主要的冷裂紋為延遲裂紋（即在焊后延遲一段時(shí)間才發(fā)生的裂紋）。
3.4.4.2延遲裂紋的產(chǎn)生原因：
a.焊接接頭存在淬硬組織，性能脆化。b. 擴(kuò)散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力。 c.存在較大的焊接拉應(yīng)力。
3.4.4.3防止延遲裂紋的措施：a.減少焊縫金屬中氫含量、提高焊縫金屬塑性。b.焊材保持干燥。c.焊前預(yù)熱、焊后緩冷。d.降低焊接應(yīng)力采用合理的工藝規(guī)范，焊后熱處理等。e. 焊后立即進(jìn)行消氫處理。
3.5咬邊：
3.5.1咬邊是指沿著焊趾,在母材部分形成的凹陷或溝槽, 它是由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒(méi)有得到熔敷金屬的充分補(bǔ)充所留下的缺口。 咬邊原因：電流太大,運(yùn)條速度太小所造成的。焊條與工件間角度不正確,擺動(dòng)不合理,電弧過(guò)長(zhǎng),焊接次序不合理等都會(huì)造成咬邊。
3.5.2咬邊危害：減小了母材的有效截面積,降低結(jié)構(gòu)的承載能力,同時(shí)還會(huì)造成應(yīng)力集中,發(fā)展為裂紋源。
3.5.3防止裂紋的措施：a.矯正操作姿勢(shì)。b.選用合理的規(guī)范。c.采用良好的運(yùn)條方式。b.焊角焊縫時(shí),用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬邊。
3.6焊瘤
3.6.1焊瘤是焊縫中的液態(tài)金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出,冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊接規(guī)范過(guò)強(qiáng)、焊條熔化過(guò)快、焊絲偏芯,焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢(shì)不當(dāng)?shù)榷紩?huì)帶來(lái)焊瘤。
3.6.2焊瘤常伴有未熔合、夾渣缺陷,易導(dǎo)致裂紋。焊瘤也改變了焊縫的實(shí)際尺寸,帶來(lái)應(yīng)力集中。
3.6.3防止焊瘤的措施：a.正確選用規(guī)范。b.選用無(wú)偏芯焊條,合理操作。
3.7凹陷：
3.7.1凹坑指焊縫表面或背面局部的低于母材的部分。
3.7.2凹坑多是由于收弧時(shí)未作短時(shí)間停留造成的。
3.7.3凹坑減小了焊縫的有效截面積。
3.7.4防止凹坑的措施：a.選用合適的焊接規(guī)范。b.收弧時(shí)讓焊絲在熔池內(nèi)短時(shí)間停留或環(huán)形擺動(dòng),填滿弧坑。
3.8燒穿：
3.8.1燒穿是指焊接過(guò)程中,熔深超過(guò)管道厚度,熔化金屬自焊縫背面流出,形成穿孔性缺陷。
3.8.2焊接電流過(guò)大,速度太慢,電弧在焊縫處停留過(guò)久, 組對(duì)間隙太大,鈍邊太小都會(huì)產(chǎn)生燒穿缺陷。
3.8.3燒穿完全破壞了焊縫,使接頭喪失其聯(lián)接力及承載能力。
3.8.4選用較小電流并配合合適的焊接速度,組對(duì)合適的間隙,使用脈沖焊,能有效地防止燒穿。
4 結(jié)論
要提高該技術(shù)，同時(shí)還要做好以下工作：1、對(duì)焊工作嚴(yán)格培訓(xùn)和考核。2、施工組織管理做相應(yīng)的調(diào)整。3、為確保管線的安全性和可靠性，對(duì)焊縫金屬的強(qiáng)度和韌性也應(yīng)做更深入得研究。以上對(duì)焊接缺陷的分析，希望對(duì)以后的焊接工作有一定的借鑒作用。質(zhì)量的控制主要是在人為，提高焊工的水平及責(zé)任心才是最好的控制質(zhì)量的方法。
參考文獻(xiàn)：
（1） 姜煥中.電弧焊及電渣焊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1998
（2） 黃石生.新型弧焊電源及其智能控制.北京. 機(jī)械工業(yè)出版社.2000
 

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