探析陶瓷衬垫co2焊和埋弧焊工艺在长直缝焊接中应用

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1、探析陶瓷衬垫C02焊和埋弧焊工艺在长直缝焊接中应用摘要：长直焊缝在高层建筑钢结构对接焊中大量存在，采用陶瓷衬垫C02焊打底+埋弧焊填充、盖面的焊接工艺，省去碳弧气刨背面清根，焊接效率高，焊缝成形美观。通过对焊接接头的力学性能检验、微观组织观察和分析，证明了该焊接工艺的可行性。关键词：陶瓷衬垫；C02焊；埋弧焊；单面焊陶瓷衬垫是目前广泛应用的单面焊衬垫材料，尤其在C02半自动焊中应用最为广泛。埋弧焊是一种高效、高自动化的焊接技术。在高层建筑钢结构的制作过程中，大量的中厚板对接或管体制作都可采用埋弧焊焊接。单纯的

2、陶瓷衬垫埋弧焊因电弧燃烧及焊缝成形是在焊剂之下进行，无法进行实时观察，焊丝无法摆动，在长直焊缝打底焊时容易因装配间隙等问题而出现电弧跑偏、击穿、未融合等缺陷。为此，我们尝试将陶瓷衬垫C02焊打底+埋弧焊填充、盖面的焊接工艺应用于高层建筑钢结构长直焊缝的焊接。陶瓷衬垫C02焊打底焊无需背面碳弧气刨清根，解决工件背面清根费时、费力，碳弧气刨增碳，焊缝韧性差等难题，C02焊还可以实时观察焊缝熔合情况，避免焊接缺陷产生；同时利用埋弧焊高效、高自动化的优势，降低成本，减轻工人劳动强度。本文对应用该焊接工艺焊接的对接接头

3、的试验过程和试验结果进行了介绍和分析。1试验方法和材料1.1试验方法装配形式见图1，试板尺寸为300mmX200mmX20mm，坡口为机械加工而成。焊接前使用角向磨光机将坡口内侧及边缘20mm范围内打磨至出现金属光泽，做到无油、无锈、无水分。然后将试板两侧点焊固定，保证装配间隙3〜4nmi，反变形5〜6°，焊好拘束板。作为熄弧板和引弧板的拘束板尺寸为200mmX50mmX6mm。焊好拘束板后贴好陶瓷衬垫。先进行C02焊打底，再由埋弧焊焊至结束。试验环境温度27°C，试板焊前不预热，层间温度＜150°C。焊后将

4、试板静置24进行外观检查及超声波探伤。然后进行拉伸、侧弯、冲击、硬度等试验，并使用大型金相显微镜对接头组织进行观察。1.2拭验材料试验用母材为高层建筑用钢Q345GJC，板厚20mm，其成分及性能列于表1。其成形槽宽度为10腿，深度为0.4腿，适用于C02对接焊。陶瓷衬垫底部中央划有一条红线，用于粘贴时与焊缝找正对中。陶瓷块两侧的铝箔上沿衬垫长度方向分布着一些小孔，作为焊接时的排气孔，使用前经120°C左右烘焙1〜1.5h，随烘随用。1.3焊接设备、焊材及工艺参数焊接设备、焊材及工艺参数见表2。打底C02焊和

5、填充盖面埋弧焊用焊丝，根据等强匹配原则分别选用H08Mn2SiA(1.2)和H10Mn2(4.0)。在埋弧焊剂的选用中，考虑到焊接线能量较高，若用普通熔炼型焊剂(如431)则熔池上部熔化的焊剂可能呈现剧烈的翻腾状，焊剂不能完全覆盖弧光而在焊缝金属中出现夹渣，甚至裂纹等缺陷，故选用烧结型焊剂SJ101,不但可避免以上问题的出现，而且能使焊接接头获得更优的综合力学性能。SJ101焊剂使用前需350°C烘焙1.5h。2试验结果及分析2.1焊接接头融合情况3为焊接接头的融合情况，可看出焊缝背面及正面余高和熔宽都均匀合

6、适，无成形缺陷。陶瓷衬垫C02焊打底时，由于陶瓷衬垫是不导电的，因此焊速不宜过快，否则熔池不连续，易出现熄弧，造成焊接过程不稳定［1］。同时在焊接过程中，焊丝应做适当摆动，在边缘处停留一下，这样可有效防止未熔合缺陷的产生。按照GB/T11345规定进行超声波探伤，结果为I级。2.2力学性能焊接接头力学性能测试结果见表3,各项指标均满足GB/T19879-2005要求。接头拉伸试验断在母材上。不同位置的冲击试验结果表明，熔合线及HAZ区的冲击功最低，但也都远高于国家标准要求。2.3焊接接头的硬度分布焊接HAZ的

7、硬度是反映钢种焊接性的重要标志之一，比碳当量更为准确［2］。按照GB2654-89《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》对焊接接头硬度进行了测定。试验的接头试样在磨床上将两个接头端面磨至相互平行，然后用4%硝酸酒精腐蚀15s，对接头的焊缝区、熔合线、HAZ进行划分，以便确定最高硬度点出现的位置。焊接接头硬度试验划线示意如图4,焊接接头硬度分布见图5。通过观察发现，距试板上下表面各2mm的线1、3及试板中心线2处的最高硬度都出现在热影响区的粗晶区。且呈现线1硬度〉线2硬度〉线3硬度的分布。这主要是由于后焊层对前焊层

8、的热处理作用造成的。按图3焊接接头融合情况照日本焊接学会制定的参考性标准(AWS-135),Q345GJC类钢的最大允许硬度应小于390HV10,本试验接头的最大硬度为256HV10,满足要求，表明Q345GJC在本焊接工艺下淬硬倾向及冷裂纹敏感性很小，从而使得使用中出现氢致裂纹及应力腐蚀裂纹的危险性大大降低。2.4焊接接头的显微组织6为打底焊熔合线处的金相照片。母材A处组织为铁素体带和珠光体带间隔