石鹏 王洪权
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000
摘要：在轨道交通行业因一些特殊位置作业常常需要使用仰焊接操作，由于板材具有的独特的物理化学性能，如导热系数、热容量和线沉系数、熔点等，加之由于熔池重力影响，特别是当焊接处于水平位置时，接缝朝下，焊工需在仰视位置进行焊接，是各种焊接位置中操作难度最大的。所以，对焊接过程进行试验研究，通过对影响焊接质量的各过程因素进行分析，提高仰面焊接的操作水平。
关键词：焊接；焊条电弧焊；仰焊；操作要点
引言
电弧焊对接水平固定焊包括平焊、立焊、仰焊三种位置，亦称全位置焊接，其操作方法较为复杂，是焊工必须熟练掌握的一项基本技能。仰焊位是对接水平固定焊的关键位置，也是整个焊缝焊接难度最大的部位。在此位置焊接过程中，由于熔池呈倒悬状态，没有固体金属的承托，受熔池温度、电弧力、熔池表面张力以及焊接角度、摆动方法变化以及焊接参数的选择等因素的影响，其焊缝成形不易控制。尤其在小直径管对接水平固定焊焊接过程中，如果操作方法不规范或者焊接参数选择不当，在打底层仰焊位容易产生夹渣、未熔合、内凹、焊道高低不平、焊瘤、烧穿等缺欠。在盖面层易产生咬边、夹渣、接头未熔合、焊瘤等缺欠。
1概述
板对接仰焊是压力容器焊工考试的项目之一，也是各行业、全国焊工比赛常选的项目，同时也是各种焊接位置中难度系数最大的一种。而第一层的焊接是保证质量的关键，由于熔池倒悬在焊件上，焊条熔滴金属的重力阻碍熔滴过渡，熔池金属受自身重力作用下坠。熔池温度越高，熔池金属表面张力越小，造成焊缝背面产生凹陷、咬边、未熔合，正面焊缝中间过高，两侧夹沟太深，焊缝成形困难。为使仰焊单面焊双面成形得到满意的焊接接头，根据多年的实践经验，现将仰焊位置第一层焊接的三种操作技术简介如下。
2焊前准备
（1）试件准备
准备长300mm、宽125mm、厚12mm，材质为低碳钢或低合金钢标准试件两块。加工出单边30°V形坡口。将坡口面及坡口两侧各20mm内用角向磨光机清理至露出金属光泽，并去除毛刺，以免在焊接过程中，油污、铁锈、水分等进入焊缝，影响焊缝质量。坡口根部打磨出0.5～1mm的钝边，如果钝边太薄，易造成烧穿；钝边太厚，则易造成未焊透。
（2）焊条
使用前需检查药皮有无开裂、脱落等问题，焊条钢芯有无生锈、偏心等问题，没有上述问题方能使用。焊条在使用前需350℃烘干1h，焊条放置于保温筒内，焊接时随用随取。
（3）焊机和辅助工具准备
在仰焊操作时的重点在于对熔滴过渡和熔池形状的把握，对焊机的特性有着较高的要求。建议选择数字化逆变直流焊机，焊机的焊接电流、电弧电压、引弧电流、收弧电流、电弧推力连续可调，控制精准。辅助工具包括角向磨光机、扁铲、钢丝刷、錾子等，便于清理焊渣，处理接头。
（4）试件清理
焊接前，将焊接试件表面的水、油污、锈及氧化物清除干净，利用角磨机将试件坡口两侧20mm范围内打磨至露出金属光泽，将坡口根部用锉刀锉成圆滑过渡，不留钝边。这样做利于焊接过程中电弧击穿坡口根部形成熔孔，打底层焊接时填充金属容易与坡口根部良好地熔合。
（5）试件装配及定位焊
试件组对是保证焊缝质量的重要环节，为保证良好的背面成形，始焊端间隙约3.2mm，终焊端间隙约4.0mm，不允许有错边，可用夹具辅助固定，在试件正面两端坡口内进行定位焊，定位焊缝长度约10～15mm。定位焊结束后，预留反变形4°左右。将组对好的试件固定于焊接工作支架上。
工件距地面间距视操作者身高作适当调整，以蹲姿操作时舒适、活动自如、视线良好为宜。
3仰焊单面焊双面成形焊接的焊接过程
3.1打底层焊接
打底层焊接时，电源采用直流正接，即焊接试件接电源的正极，原因如下：在直流弧焊过程中，电弧容易向热量高的部位产生偏吹现象，采用直流正接进行焊接，焊接试件的温度要高于焊条电极的温度，燃烧电弧易向焊接熔池产生偏吹，增大了电弧的吹力，有利于打底层焊缝的背面凸起成形。焊条在小间隙定位焊处引燃电弧，稍停顿，压低电弧做横向摆动焊接，焊接电弧烧穿坡口根部形成熔孔后，采用锯齿形运条方法连弧焊接。电弧需贴近坡口根部，在焊接过程中要做向上推顶动作，可以清晰地观察熔孔的状态，当形成第一个熔池时，迅速向侧下方熄灭电弧。焊接打底层焊道灭弧的频率掌握在40次/min左右，每次引燃电弧燃烧的时间控制在1s左右，并且每次引燃电弧的位置在最后一个熔孔后1~2mm的焊缝根部中间处，引弧点一定要准确。
3.2第二层填充层
填充层采用两道焊完，层道间焊前清理飞派、黑灰、控制层间温度60-100度，采用前进停前进停…运条方法匀速前进。注意焊丝指在打底层与试板坡口面相接处，电弧朝向坡口面，可以防止打底层背面焊缝下塌：焊接第２道焊缝时，焊丝对准第１道焊缝与母材形成的焊脚，焊枪并偏向于右侧母材10°-15°；焊接第３道焊缝时，焊丝对准第１道焊缝与母材形成的焊脚，焊枪并偏向于左侧母材10°-15°。
3.3盖面层仰焊位接头焊接方法
盖面焊仰焊位后半圈施焊前，需将打底焊道上的熔渣及飞溅全部清理干净，如有焊瘤或焊道过高等情况，应将其加工平整。盖面层仰焊位接头时，要确保准确、到位，避免出现脱节和超高现象。具体做法是:在时钟7:30至8:00区域的打底焊道表面用划擦弧法引弧，然后再将引燃的电弧拉到前半圈焊缝始端处(即6:15处)，以圆圈形往复运条的方式进行1～2s的预热后，再压低电弧，改变焊条角度，使焊条倾角与焊接方向相反，焊条与垂直方向成75°左右的角度，以锯齿形运条法进行连弧焊接。完成接头焊接后，再恢复正常焊接。
以下简述盖面层焊接的收弧方法。当打底层焊接和填充层焊接的焊道收弧时，可以直接灭弧；但是当盖面层焊接的焊道最后收弧时，需要将弧坑填满，主要方法有回焊法收弧和反复灭弧收弧。一是回焊法收弧。在焊接到焊缝末端时，向焊接方向相反的方向继续焊接10mm左右后，立即灭弧，使焊缝收尾处消除弧坑凹陷的现象，并且不会出现弧坑裂纹、弧坑缩孔等焊接缺陷。焊接过程首选这种灭弧方式。二是反复灭弧收弧。在焊接到焊缝末端时，为填满弧坑进行断弧焊接，重复多次将弧坑填满，完成焊接。反复灭弧收弧时，注意不要使熔池温度过高，否则易产生过烧、焊瘤、气孔等缺陷。
结束语
焊接过程中，应该自始至终控制好熔池的体积，不能过大、过小，尽量保持大小一致，形状以呈椭圆形为好;必须保持最短的电弧长度(1.5～2.5mm)，利用电弧吹力使熔滴在很短的时间内过渡到熔池中去，同时减小因重力而产生的下坠，防止焊道外凸和焊瘤的出现;焊接速度要均匀一致，控制好焊缝的高度和宽度．经过不断摸索，反复实践，采用改变电源极性的方法完全可行，打底层采用正接法，使用稍大的焊接电流，避免了背面成形低凹，获得了高出背面母材1～2mm的焊缝，而且美观．各层改用反接法进行焊接并严格地按照操作工艺施焊，接头的各项机械性能经检验都达到了要求，焊接质量得到了有效保证．
参考文献
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