提高STT根焊+自保护药芯半自动焊焊接质量的若干策略

提高STT根焊+自保护药芯半自动焊焊接质量的若干策略
刘德前李德庆黄先中周小辉
摘要：在陕京三线输气管道建设中，使用了STT根焊+自保护药芯半自动焊的焊接技术，该技术具有焊接效率高、质量好、外形美观、劳动强度小等优点。本文通过对STT根焊+自保护药芯半自动焊产生气孔、夹渣、未熔等缺陷的分析，并结合CO2保护气体的优点，提出了该种焊接技术产生缺陷的原因，并给出了解决方法，给控制该项技术的焊接质量提供了参考。
关键词：STT；CO2保护气；质量；控制；改进

1 引言
随着长输管线的发展和输送工艺技术以及输送压力等级的不段提高，用于管道钢的材质由最早的16Mn、X52，现已发展到X70、X80、X100、X110，其中X70、X80级管道钢在西气东输工程中已经广泛推广，更高钢级的X100、X110还在试验阶段。焊接技术也有了长足的发展，半自动焊已在国内广泛运用，由于全自动焊焊接受焊接缺陷因素的制约，影响了其高效率的发挥，为此，研究提高半自动焊质量对我们有着深远的意义。
2 概述
2.1 STT （Surface-tension transfer）
STT型 CO2焊接技术基于短路液桥表面张力过渡的理论。特点：1引弧容易，电弧燃烧稳定；2飞溅小，焊接烟尘少，噪声小；3焊缝成型美观；4精确的热输入控制可以减少焊接变形和烧穿；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 缺陷成因及解决方法
3.1未焊透：
母体金属接头处中间（X坡口）或根部（V、U坡口）的钝边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头的机械强度，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。预防措施采用较大的焊接电流,正确地进行施焊操作,注意坡口部位的清洁。
3.2气孔：
气孔是指焊接时,熔池中的气体未在金属凝固前逸出,残存于焊缝之中所形成的空穴。气孔减少了焊缝的有效截面积,降低了接头的强度,降低塑性,还会引起泄漏。气孔也是引起应力集中的因素。
3.2.1氢气孔
3.2.1.1如果熔池在高温时溶入大量的氢气，在结晶过程中又不能充分排出，则留在焊缝中成为气孔。
3.2.1.2电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。
3.2.1.3CO2气体中所含的水分引起气孔，采取如下措施a.将新灌气瓶倒立静置1~2h，然后打开阀门。把沉积在下部的自由状态的水排出。b.瓶中气体压降到980Kpa时不在使用。
3.2.1.4防风棚进行保护时注意保证严密性，防止瞬时风力过大，吹偏CO2保护气流。
3.2.1.5防止氢气孔的其他措施a.清除工作坡口及其附近表面的油污、铁锈、水分和杂物。b.焊前预热,焊后缓冷。c.控制焊接电弧的合适长度。d.严禁管内有穿堂风，采取端部封堵等措施。
3.2.2氮气孔
3.2.2.1氮气孔产生的主要原因：保护气层遭破坏，大量空气侵入焊接区所致。
3.2.2.2造成保护气层失败的因素： CO2气体流量过小；飞溅物赌塞部分喷嘴；喷嘴与工件的距离过大；焊接场地有较大侧向风。
3.2.2.3其他原因：工艺因素如电弧电压、焊接速度、电源极性等。电弧电压越高，空气侵入的可能性越大。焊接速度越慢，熔池结晶液越慢，气体排出容易；反之亦然。
3.3夹渣：
3.3.1夹渣是指焊后溶渣残存在焊缝中的现象。
3.3.2夹渣产生的原因a.坡口尺寸不合理;b.坡口有油渍等污物;c.层间清渣不彻底;d.焊接线能量小;e.液态金属凝固过快。
3.3.3 防止夹渣的措施：a.清除坡口处污物。b. 层间清渣彻底。c.选用合适的工艺参数。
3.4裂纹：
3.4.1从产生温度上看,裂纹分为两类：热裂纹和冷裂纹。
3.4.2裂纹的危害：
裂纹的危害尤其是冷裂纹,带来的危害是灾难性的。主要表现为脆性破坏。
3.4.3热裂纹
3.4.3.1影响热裂纹的因素:
a合金元素和杂质的影响碳元素以及硫、磷等杂质元素的增加,使结晶裂纹的产生机会增多。
b.冷却速度增大,一是使结晶偏析加重,二是使结晶温度区间增大,两者都会增加结晶裂纹的出现机会；
c.结晶应力与拘束应力的影响在脆性温度区内,金属的强度极低,焊接应力又使这部分金属受拉,当拉应力达到一定程度时,就会出现结晶裂纹。
3.4.3.2防止热裂纹的措施：a.减小硫、磷等有害元素的含量。b.加入一定的合金元素,减小柱状晶和偏析。c.采用熔深较浅的焊缝,改善散热条件。d.合理选用焊接规范,并采用预热和后热,减小冷却速度。e.减小焊接应力。f.多层焊焊完3层后才能移动管道。
3.4.4冷裂纹
3.4.4.1最主要的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹）。
3.4.4.2延迟裂纹的产生原因：
a.焊接接头存在淬硬组织，性能脆化。b. 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。 c.存在较大的焊接拉应力。
3.4.4.3防止延迟裂纹的措施：a.减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性。b.焊材保持干燥。c.焊前预热、焊后缓冷。d.降低焊接应力采用合理的工艺规范，焊后热处理等。e. 焊后立即进行消氢处理。
3.5咬边：
3.5.1咬边是指沿着焊趾,在母材部分形成的凹陷或沟槽, 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充所留下的缺口。咬边原因：电流太大,运条速度太小所造成的。焊条与工件间角度不正确,摆动不合理,电弧过长,焊接次序不合理等都会造成咬边。
3.5.2咬边危害：减小了母材的有效截面积,降低结构的承载能力,同时还会造成应力集中,发展为裂纹源。
3.5.3防止裂纹的措施：a.矫正操作姿势。b.选用合理的规范。c.采用良好的运条方式。b.焊角焊缝时,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬边。
3.6焊瘤
3.6.1焊瘤是焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出,冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤即为焊瘤。焊接规范过强、焊条熔化过快、焊丝偏芯,焊接电源特性不稳定及操作姿势不当等都会带来焊瘤。
3.6.2焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷,易导致裂纹。焊瘤也改变了焊缝的实际尺寸,带来应力集中。
3.6.3防止焊瘤的措施：a.正确选用规范。b.选用无偏芯焊条,合理操作。
3.7凹陷：
3.7.1凹坑指焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。
3.7.2凹坑多是由于收弧时未作短时间停留造成的。
3.7.3凹坑减小了焊缝的有效截面积。
3.7.4防止凹坑的措施：a.选用合适的焊接规范。b.收弧时让焊丝在熔池内短时间停留或环形摆动,填满弧坑。
3.8烧穿：
3.8.1烧穿是指焊接过程中,熔深超过管道厚度,熔化金属自焊缝背面流出,形成穿孔性缺陷。
3.8.2焊接电流过大,速度太慢,电弧在焊缝处停留过久, 组对间隙太大,钝边太小都会产生烧穿缺陷。
3.8.3烧穿完全破坏了焊缝,使接头丧失其联接力及承载能力。
3.8.4选用较小电流并配合合适的焊接速度,组对合适的间隙,使用脉冲焊,能有效地防止烧穿。
4 结论
要提高该技术，同时还要做好以下工作：1、对焊工作严格培训和考核。2、施工组织管理做相应的调整。3、为确保管线的安全性和可靠性，对焊缝金属的强度和韧性也应做更深入得研究。以上对焊接缺陷的分析，希望对以后的焊接工作有一定的借鉴作用。质量的控制主要是在人为，提高焊工的水平及责任心才是最好的控制质量的方法。
参考文献：
（1）姜焕中.电弧焊及电渣焊.北京:机械工业出版社.1998
（2）黄石生.新型弧焊电源及其智能控制.北京. 机械工业出版社.2000