单面焊双面成型焊接质量差的原因及改善措施

【摘 要】单面焊双面成型在钢结构中应用广泛，主要用于钢箱梁及起重机械部件制造中，由于 在钢结构制造中多使用中厚板件，受到焊接位置及特殊结构的影响，单面焊双面成型的质量尤为重要， 由焊接单面焊双面成形质量差引起的问题开始逐渐深入到增加消耗，降低结构的质量和使用寿命、焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁，引起安全事故。

焊接质量受到了很多方面的影响，如焊接设备、焊接工艺、操作技术水平等的限制，焊接参数及工艺手法不当，会导致焊缝咬边、烧穿、夹渣、未焊透等缺陷，产生应力集中，导致产品不合设计要求。本文从焊接电流、焊接速度、电弧电压、焊接层数、焊条类形、等工艺因素对单面焊双面成形技术焊接质量的影响和造成的相关缺陷进行了分析，找出引起一系列问题及造成质量差的原因，提出了相应的防止措施，不断减少单面焊双面成形技术的缺陷，对单面焊双面成形技术进一步在以后钢结构的制造中加以合理利用具有指导作用。

【关键词】单面焊双面成型；焊接；质量；原因；措施

引言

现阶段我国公路桥梁建设突飞猛进，各种大型桥梁不断出现，各种桥梁设备也越来约大型化、复杂化、智能化，这需要更高的机械制造技术与之相适应，桥梁设备均为大型钢结构组合而成，钢结构的稳定性事关整个桥梁质量是否达到设计要求；桥梁的施工过程中桥梁设备的安全性关系到整个工程是否能够安全顺利完工，所以，钢结构的稳定性和安全性极为重要。

桥梁设备包括滑移模架、挂篮、架桥机、门式起重机等，这些设备均为大型钢构件，钢箱梁、工字钢等占很大部分，制造过程基本靠焊接进行连接，由于钢构件在桥梁施工中承受很大的压力，这就要求各部分构件的制作需要很高的焊接质量，现阶段的焊接方法中，二氧化碳气体保护焊焊接效率较高，焊接质量优质，但桥梁设备的制作、改制工作多数为在露天作业，由于野外环境恶劣，只有手工电弧焊才能满足焊接要求。

近代焊接技术发展很快，自动化程度也越来越高，但手工电弧焊仍占有不可替代的地位. 尤其在钢结构焊接方面，单面焊双面成型焊接技术的作用更显突出. 优质的单面焊双面成型焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材，表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷，焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因，使得形成的焊缝达不到质量要求，从而对钢结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.

不论怎样的发展，自动化永远不可以能将一切焊接技术取而代之。单面焊双面成型技术是手工焊接的一个代表，也是在以后的社会发展过程中不可消失的技术行业之一。

一、手工电弧焊单面焊双面成形技术的概念

手工电弧焊单面焊双面成型是采用普通焊条，在对工件开坡口并进行组装定位焊，按焊接的不同位置，采用不同的手法对坡口进行焊接，达到单面焊，双面成形的效果。这种方法主要适用于板材对接接头，管管对接接头等，是焊工应熟练掌握的操作技能。

二、单面焊双面成型质量差引起的问题

2.1提高制造成本，降低结构的质量和使用寿命

焊接生产中，优质的焊接质量可以满足设计要求，保证结构的正常使用寿命。而一旦出现严重的焊接缺陷，就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等，进而提高制造成本或后期的维修成本；否则，这些缺陷在使用过程中会引起未知的质量问题，降低结构的使用寿命。

2.2焊接缺陷会影响设备的使用，引起安全事故

单面焊双面成型焊接主要用于重要构件的焊接生产中， 一旦有严重缺陷，质量不合格，焊件的焊补非常困难，而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用，使焊缝的缺陷产生应力集中，加之焊缝的有效使用面积减小，减弱了焊接接头的强度，轻则使产品的使用寿命受到影响，重则导致焊缝断裂，产品破坏，酿成严重的事故。

三、单面焊双面成型常见的焊接缺陷

3.1 尺寸上的缺陷

包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。焊缝外表高低不平和波纹粗劣，焊缝宽度不均匀，焊缝余高过低或过高等都属于焊缝尺寸及形状不符合要求。这些缺陷不仅使焊缝成形不美，而且容易造成应力集中，影响焊缝与母材的结合强度。

3.2结构上的缺陷

包括气孔、夹渣、非金属夹杂物、熔合不良、未焊透、咬边、裂纹、表面等缺陷。这些缺陷是焊接过程中最容易出现的缺陷。这些缺陷减弱了焊缝的有效面积，降低了焊接接头的力学性能，而且易造成应力集中，引起裂纹，导致结构破坏，使焊接结构无法承受正常工作载荷。

3.3 性质上的缺陷

包括力学性能和化学性质等不满足焊件的使用要求的缺陷。力学性能指的是抗拉强度、屈服点、伸长率、硬度、冲击吸收功、塑性、疲劳强度、弯曲角度等。化学性质指的是化学成分和耐腐蚀性等。这些缺陷使焊缝结构无法达到设计要求的力学性能和化学性能。

四、单面焊双面成型焊接质量差的原因分析

4.1焊接电源自身因素引起的焊接质量差

焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素. 若焊接电源自身性能不好，必然不会产生良好的焊件. 当焊机的引弧性能差，电弧燃烧不稳定，就不能保证工艺参数稳定，焊接过程就无法正常进行，焊接质量就得不到保证.

4.2工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响

4.2.1.焊接电流

焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量. 焊接电流过大，可以提高生产率，并使熔透深度增加，但易出现咬肉、焊瘤等缺陷，并增大气孔倾向. 尤其在立焊操作时熔池难以控制，易出现焊瘤，弧长增加，就会产生咬边. 焊接电流过小，熔透深度减小，易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷.

4.2.2焊接速度

焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数.合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要. 焊速过快，使熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷. 焊速过慢，使高温时间长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，焊件的变形量增大，同时焊速过慢还会使每层的厚度增大，导致熔渣倒流，形成夹渣等缺陷.

4.2.3电弧电压

焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊接缝质稳定的重要因素. 电弧过长对熔化金属保护差，空气中的氧、氮等有害气体容易侵入，使焊缝易产生气孔，焊接金属的机械性能降低. 但弧长也不易过短，若弧长过短，就会引起粘条现象，且由于电弧对溶池的表面压力过大，不利于溶池的搅拌，使溶池中气体及溶渣上浮受阻，从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生.

4.2.4焊接层数选择不当

单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响，每层厚度过大，对焊缝金属的塑性有不利的影响，且焊接过程中熔渣易倒流，产生夹渣和未熔合等缺陷. 但每层厚度也不易过小，以免造成焊缝两侧熔合不良.

4.2.5焊条类型及焊条直径的影响

焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定. 因此， 焊条类型选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素. 焊条直径的大小除了对生产率有一定的影响外，对焊接质量也有一定的影响. 焊条直径过大，在进行打底层焊接和立焊焊接时熔池难以控制， 易产生焊瘤等缺陷.

4.2.6焊接接头是焊接结构中的薄弱环节

焊接接头存在着组织和性能的不均匀性，还往往存在着一些焊接缺陷，存在着较高的拉伸残余应力；所以焊接接头是焊接结构中的薄弱环节。提高焊接接头的质量，可从以下途径着手：正确选配焊接材料，采用合理的焊接工艺方法，控制熔合比，调节焊接热循环特征，运用合理的操作方法和坡口设计，辅以预热、层间保温及缓冷、后热等措施，或焊后热处理方法等，可获得优质的焊接接头。

4.3操作因素

4.3.1在焊接生产过程中，焊工的单面焊双面成形操作技术水平低，就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练，这是造成焊缝质量差的重要原因之一.

4.3.2焊前对工件上的油、锈、水分清理不严格，焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用，会促使焊缝产生大量的气孔，从而使焊接缝质量达不到要求.

五、单面焊双面成型避免焊接时产生焊接缺陷采取的措施

5.1做好焊前准备

焊前应对焊机进行试焊，确认焊机的引弧性能和稳定性能好，工艺参数的调节方便、灵活、方可使用. 工件应开Y形的坡口，钝边的尺寸一般选在0. 5～1. 0 mm之间，坡口边缘20 mm以内处用磨光机打磨，并将表面的铁锈、油污等清除干净，露出金属光泽. 锅炉压力容器及重要结构的焊接一律采用碱性焊条，打底层焊接应选择直径3. 2 mm的焊条，中间层和盖面层可选用4 mm的焊条，并对焊条进行400℃烘干，保温2～4 h. 使用时需要将焊条放在保温筒内，随用随取.焊条在炉外停留时间不得超过4 h，且反复烘干次数不能多于三次，药皮开裂和偏心度超标的焊条不得使用.

5.2焊接操作

5.2.1合适的工艺参数

焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、焊条直径和焊接经验进行选择，保证所选择的电流不易造成焊缝咬边、烧穿、夹渣、未焊透等缺陷. 焊接过程中应选择短弧焊，以避免咬肉、未焊透、气孔等缺陷的产生. 焊速应合适，不宜过慢，以每层厚度不大于4 mm为宜， 以避免高温停留增长，影响焊缝的机械性能，但焊速也不宜过快，以免造成未溶合、未焊透等缺陷. 对重要构件要采取焊前先预热、焊后缓冷等措施，以避免冷裂纹的产生.

5.2.2焊工技术水平

焊接生产中，焊工对单面焊双面成形操作技术掌握的水平，往往决定了焊缝的质量.要掌握好焊条电弧焊单面焊双面成形操作技术，操作工人必须熟练掌握“五种要领”，“看、听、准、短、控。”；还应学会“六种技巧”：“点固，起头，运条，收弧，接头，收口”. 因此，加强焊工单面焊双面成形操作技能的训练是保证焊缝质量的关键.

参考文献：

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[2]邓洪军. 《焊接结构生产》[M]： 北京：机械工业出版社， 2004版。

[3]邹尚利 冯玉敏 杜冬梅. 《单面焊双面成型技术》[M]： 北京：机械工业出版社， 2002版.