子任务三 对接平焊
目标要求
1.掌握使用酸性焊条(或碱性焊条)平位V形坡口对接单面焊双面成形的打底层断弧焊法(或连弧焊法)操作技术。
2.学会选择电源极性，克服电弧偏吹，了解定位焊的要求，掌握多层焊的操作要领。
一、任务
任务如图1.19所示。
图1.19
注：若如图中所示V形坡口是没有钝边的，则没有P(钝边)。如带钝边，则称Y形坡口，或带钝边的V形坡口，焊缝符号如图所示，其中α是坡口角，b是间隙。
二、任务准备
1.模拟V形坡口对接平焊的焊前准备
(1)焊件：Q235或Q345(16Mn)钢板，规格为300mm×100mm×12mm，每组两块，如图1.20所示。
图1.20
(2)焊条：E4303型或E5015型焊条，直径为3.2mm和4.0mm。
(3)焊件装配与定位焊。将两块钢板的纵向端面对接成60°的坡口，始焊端留1mm的间隙，终焊端留2mm的间隙进行定位焊，控制焊件错边量小于1mm。
2.使用酸性焊条进行V形坡口对接平焊单面焊双面成形的焊前准备
(1)焊件：Q235钢板，规格为300mm×100mm×12mm。钢板的一侧加工出30°的坡口，见图1.21，每两块装配成一组焊件。焊前要将开成V形坡口的焊件表面清理干净，露出金属光泽，然后锉削钝边，其尺寸为0.5～1mm，最后在距坡口边缘两侧一定距离处(约为50mm)，用划针划一对平行线，作为焊后测量焊缝在坡口每侧增宽的基准线。
图1.21
(2)焊条：E4303型，直径3.2mm和4.0mm。
(3)焊件装配与定位焊。将两块钢板装配成Y形坡口的对接接头，预留一定的根部间隙，终焊端的根部间隙应大于始焊端(装配时可分别用直径3.2mm、4.0mm的焊条芯夹在焊件两端)，放大终焊端的根部间隙主要是考虑焊接过程中的横向收缩量，以保持熔透坡口根部所需要的间隙。然后在焊件背面的两端20mm范围内进行定位焊，定位焊缝的长度为10～15mm，必须焊牢，以避免焊缝的收缩将末端坡口间隙变小而影响打底层焊接。焊件装配尺寸见表1.3。
表1.3 焊件装配尺寸
(4)预留反变形量。由于V形坡口具有不对称性，只在一侧焊接，焊缝在厚度方向横向收缩不均，钢板会向上翘起产生角变形，其大小用变形角α来表示。由于焊件要求变形角控制在3°以内，所以可采用预留反变形量的方法来控制焊后的角变形。预留反变形量可利用公式h=100sinα进行计算，当预留角度为3°时，h=5.2mm。操作方法是：焊前将组对好的焊件，用两手拿住其中一块钢板的两端，轻轻磕打另一块，使两板向焊后角变形的相反方向折弯成一定的反变形量(测量h=5.2mm)，见图1.22。
图1.22
3.使用碱性焊条进行V形坡口对接平焊单面焊双面成形的焊前准备
(1)焊件：Q345(16Mn)钢板，规格为300mm×100mm×12mm。板的一侧加工出30°的坡口。
(2)焊条：E5015型，直径3.2mm和4.0mm。
(3)装配及定位焊焊件装配尺寸见表1.4。
表1.4 装配及定位焊焊件装配尺寸
三、任务相关知识
对接平焊是在平焊位置上焊接对接接头的一种操作方法，见图1.23。
图1.23
焊接较厚的钢板时为保证根部焊透，通常开V形、Y形、U形、双Y形等坡口，在技能训练中多采用的V形坡口常用气割或刨削加工。若能采用模拟V形坡口作为焊接试件，可以达到事半功倍的效果。所谓模拟V形坡口是利用两块钢板的纵向端面组对成60°的坡口，如果留间隙可作为单面焊双面成形的训练件，不留间隙可作为对接填充、盖面焊的训练件。单面焊双面成形是从焊件坡口的正面进行焊接，实现正面和背面同时形成致密均匀焊缝的操作工艺方法。它广泛应用于锅炉、压力容器的焊接，也是某些重要焊接结构(既要焊透又无法在背面清根)所必须采用的焊接技术，常作为焊工技能培训和考核的重要内容之一。
下面介绍一些有关如何选择焊接电源极性、避免和减小焊接电弧偏吹，以及定位焊的要求、断弧焊法和连弧焊法等方面的知识。
1.焊接电源极性
使用直流弧焊机时，要正确选择电源极性。电源极性有正极性和反极性两种，正极性就是焊件接电源正极、焊钳接电源负极的接线法，也称正接法；反极性就是焊件接电源负极、焊钳接电源正极的接线法，也称反接法。对于交流弧焊机，不存在正极性和反极性。
由电弧的构造可知，阳极区的温度高于阴极区的温度。在生产中常用直流正接焊接较厚的钢板，以获得较大的熔深；采用直流反接，焊接薄钢板，可以防止焊件烧穿。
焊接Q345(16Mn)钢板选择E5015型碱性焊条时，必须选用直流弧焊机，并考虑电源极性的问题，无论焊件板薄还是厚，均应采用直流反接，见图1.24(b)，使得电弧燃烧稳定，飞溅小，并有利于焊缝良好成形；若采用直流正接，见图1.24(a)，电弧燃烧稳定，但飞溅很大，电弧声音暴躁(有经验的焊工可以听得出来)。
图1.24
(a)直流正接；(b)直流反接
2.焊接电弧偏吹
在焊接过程中，因焊条偏心、气流干扰和磁场的作用，常会使焊接电弧的中心偏离焊条轴线，这种现象称为电弧偏吹。电弧偏吹不仅使电弧燃烧不稳定，飞溅加大，熔滴下落失去保护，容易产生气孔，甚至无法正常焊接，直接影响焊缝成形。焊条偏心引起的偏吹，见图1.25，是焊条制造中的质量问题造成的，在施焊前如发现应及时更换偏心焊条。
气流的干扰来自作业环境的影响，在狭小通道内或大风天气焊接作业时，可采取遮挡大风或“穿堂风”的措施，对电弧进行保护。只有使用直流弧焊机时，磁场的作用才会产生电弧偏吹。焊接电流越大，磁偏吹现象越严重。在操作中通过调整焊条角度，使焊条向偏吹的一侧倾斜，见图1.26，这是减少电弧偏吹较为有效的方法。当电弧在焊件两端出现的偏吹比较严重时，可以采取在焊件两端连接引弧板和引出板的措施，以减小偏吹现象。
另外，采用短弧焊接和使用小电流对克服电弧偏吹也能起到一定的作用。
3.对定位焊的要求
焊前为固定焊件的相对位置进行的焊接操作叫定位焊，俗称点固焊。焊接定位焊缝时必须注意以下几点：
(l)定位焊缝一般要形成最终焊缝金属，因此选用的焊条应与正式焊接所用的焊条相同；
(2)为防止未焊透等缺陷，定位焊时电流应比正式焊时大10％～15％；
图1.25
图1.26
(3)定位焊缝余高不能过大，焊缝两端应与母材平缓过渡，以防止焊接时产生未焊透等缺陷；
(4)如遇有焊缝交叉时，定位焊缝应离交叉处50mm以上；
(5)对于重要焊件，如发现定位焊缝有开裂、未焊透、超高等缺陷时，必须铲除或打磨焊点，必要时重新进行定位焊；
(6)定位焊之后如出现接头不齐平，应进行及时矫正，然后才能正式焊接；
(7)定位焊件时，最好设置引弧板，不要在焊件上随意引弧。
4.断弧焊法
断弧焊法是平对接单面焊双面成形时，在较大的坡口间隙内，通过电弧有节奏地燃弧—熔焊—熄弧来控制熔池温度，以获得焊缝背面成形的操作方法。该方法主要用于酸性焊条打底层焊接，与连弧焊法相比较难掌握，但很适合于焊工基本功的训练。
5.连弧焊法
连弧焊法采用较小的焊接电流和较小的焊条直径，在焊接过程中，电弧保持持续稳定的燃烧，在较小的坡口间隙内作均匀的摆动，使焊件背面形成均匀的焊缝。该方法操作简单、手法变动小、容易掌握，背面成形致密、平整，焊缝质量好，力学性能优良，为国内外焊工所广泛采用。但是操作时要求焊接速度、坡口根部间隙、焊接电流三者的工艺参数必须相互匹配，才能保持连弧焊接。连弧焊法主要用于碱性焊条打底层焊接。
四、任务实施
1.模拟V形坡口对接平焊
模拟V形坡口对接平焊时，在坡口内进行多层焊，见图1.27。
图1.27
(1)第一层焊缝一般选用直径较小的焊条(φ3.2mm)。焊条与焊件之间的角度见图1.28。将焊件放在水平面上，间隙小的一端放在始焊位置。引弧后，稍作停顿预热，然后采用小幅度锯齿形横向摆动，并在坡口两侧稍作停留，连续向右施焊。为了保持良好的背面成形，焊接电弧要控制短些，运条要均匀，前进的速度不宜太快，施焊过程中要严格控制熔池形状，保持大小一致，并应观察熔池的变化及坡口根部的熔化状态，如果熔孔明显变大，则背面可能要烧穿或产生焊瘤。可以通过改变焊接速度、摆动频率和焊条角度来改善熔池的状况，这就是焊条电弧焊所要掌握的操作技能。
图1.28
(2)焊缝接头。趁熔池还未完全凝固时，在熔池的前方10～20mm处引燃电弧，并将电弧后退到原弧坑处下压一下，待新熔池与原熔池边缘相吻合，立即将焊条前移，并开始连续焊接。
(3)填充层焊。先将前一层焊道的熔渣、飞溅清除干净，然后进行填充焊接。此时选用直径为4.0mm的焊条，焊接电流要相应地加大。可采用直线形或小锯齿形运条；以后各层采用锯齿形运条，摆动幅度可逐渐加大。摆动到坡口两侧时，焊条稍作停顿，必须保证坡口两侧有一定的熔深，并使填充焊道表面稍向下凹，同时要控制好最后一道填充焊道的高度应低于母材表面约0.5～1mm。要注意不能熔化坡口两侧的棱边，以便盖面焊时容易控制焊缝宽度，为盖面层的焊接奠定基础。每层焊道应控制在3～4mm的厚度；各层之间的焊接方向要相反，其接头相互错开30mm；同时要控制层间温度，最好不要超过200℃，以保证焊接接头的力学性能。
(4)盖面层焊。盖面层施焊时的焊条角度、运条方法、接头方法与填充焊相同。但盖面层施焊时的焊条摆动幅度要比填充层大。摆动时要注意摆动幅度一致，运条要均匀，同时观察坡口两侧的熔化情况，在坡口两侧稍作停顿，以便使焊缝两侧边缘熔合良好，保证熔池边缘不超过焊件表面坡口棱边1.5mm，并避免产生咬边，以获得宽窄一致、表面平整的美观焊缝。
(5)清理熔渣和飞溅物，检查焊接质量。
2.使用酸性焊条进行带钝边的V形坡口对接平焊单面焊双面成形
(1)修磨坡口及钝边，装配、定位焊并预留反变形量，确定焊接工艺参数，见表1.5。
表1.5 使用酸性焊条进行V形坡口对接平焊的焊接工艺参数
(2)打底层焊。选择酸性焊条(E4303型)，采用断弧焊法。正式焊接前，先在试板上试焊，检查焊接电流是否合适及焊条有无偏吹现象，确认无误后，从焊件间隙较小的一端开始引弧。首先，将焊条与定位焊缝接触，电弧引燃后迅速拉长，并作轻轻摆动预热始焊部位2～3s，然后，立即将电弧压向坡口间隙根部，使定位焊缝及坡口根部金属熔化形成熔池，听到“噗噗”声后立即灭弧，使之形成第一个熔池座。此时的焊条与焊件的角度为30°～50°，见图1.29。
图1.29
焊条落在熔池2/3处沿坡口一侧燃弧，当第一个熔池约有部分的金属已呈凝固状态(熔池颜色由明亮开始变暗)时，迅速将焊条摆动到另一侧，然后向后方熄弧。当新熔池的颜色变暗时，立即在刚熄弧的坡口那一侧引弧，压弧熔焊之后再运条到另一侧，听到“噗噗”声后立即熄弧(在两侧①、②、③、④点均应作瞬间停顿，使钝边每侧熔化1mm，形成大小均匀的熔孔)。这样左右击穿周而复始，直至完成打底层焊接。断弧焊法要求每一个熔滴都要准确送到欲焊位置，燃、熄弧节奏应控制在45～55次/min。节奏过快，坡口根部熔不透；节奏过慢，熔池温度过高，焊件背面焊缝会超高(应控制在2mm以下)，甚至出现焊瘤和烧穿等焊接缺陷。同时，每形成一个熔池都要在其前面出现一个熔孔，熔池的轮廓由熔池边缘和坡口两侧被熔化的缺口构成，见图1.30。打底层的焊接质量主要取决于熔孔的大小和间距，熔孔应大于根部间隙约1～2mm，其间距始终应保持熔池之间有2/3的搭接量。更换焊条前，压低电弧向熔池前沿连续过渡一两滴熔滴，使其背面饱满，防止形成冷缩孔，随即熄弧，更换焊条要快，并迅速地进行接头。
图1.30
(3)接头时，在图1.30所示①的位置重新引弧，沿焊道焊至②的位置，作长弧预热来回摆动几下之后(③→④→⑤→⑥)，在⑦的位置压低电弧。当出现熔孔并听到“噗噗”声时，迅速熄弧。这时接头操作结束，转入正常断弧焊法。
(4)填充层焊。见图1.31中的②、③，施焊前先用清渣锤和钢丝刷将打底层焊道的熔渣、飞溅物清理干净，并适当地调节焊接电流。引弧应在距离始焊端10～15mm处，引燃后立即抬高电弧拉向始焊端部，压低电弧开始焊接。焊接过程中采用连弧焊接，运用锯齿形运条法或月牙形运条法，焊条倾角如图1.31所示。在坡口两侧要作适当的停顿，以保证熔池及坡口两侧温度均衡，有利于良好熔合和排渣。填充层的最后一层焊道，应比坡口边缘低0.5～1.5mm，最好呈凹形，便于盖面时能看清坡口边缘，控制好焊缝宽度和焊缝高度。
(5)盖面层焊。如图1.31中的④所示，盖面层的质量关系到焊件的外观质量是否合格，焊接时要注意焊接变形能否使焊件达到平整状态。盖面焊时，焊接电流要低于填充层10％～15％，采用锯齿形或正圆圈形运条法，焊条与焊接方向倾角为75°～85°。焊接过程中，焊条摆动幅度要比填充层大，且摆动幅度一致，运条速度均匀，在坡口两侧要稍作停顿，随时注意使坡口边缘良好熔合，防止咬边。焊条的摆幅由熔池的边缘确定，保证熔池的边缘不得超过焊件表面坡口棱边2mm，否则焊缝超宽会影响表面焊缝质量。盖面层焊接接头时，应将接头处的熔渣轻轻敲掉仅露出弧坑，然后，在弧坑前10mm处引弧，拉长电弧至弧坑的2/3处，见图1.32，保持一定弧长，靠电弧的喷射效果使熔池边缘与弧坑边缘相吻合，此时，焊条立即向前移动，转入正常的盖面层焊操作。
图1.31
图1.32
(6)清理熔渣及飞溅物，并检查焊接质量。
3.使用碱性焊条进行V形坡口对接平焊单面焊双面成形
焊接工艺参数见表1.6。
表1.6 使用碱性焊条进行V形坡口对接平焊的焊接工艺参数
图1.33
(1)打底层焊。Q345钢板使用E5015型焊条进行单面焊双面成形的打底层焊接，可以采用连续焊法，其操作方法有两种，一种为焊条作往复运条，另一种为焊条作U形运条。焊条作往复运条时，焊条在坡口根部间隙沿焊接方向作往复运条，动作要快捷，每形成一个熔池，焊条作一次往复运动，每次向前仅作3～5mm间距的往复。焊接过程中形成的熔孔较小，焊道在正面的高度为2mm左右，在坡口背面的余高有0.5～1mm。一至二根焊条几乎可以焊完整条焊道(约 300mm)。焊条在坡口两侧作U形运条时，焊件坡口间隙可以略大一些，始焊端为3mm，终焊端为4mm，从定位焊缝引弧，焊条在坡口内侧作U形运条，如图1.33所示。电弧从坡口的一侧移到另一侧作一次U形运条之后，即获得一个熔池，焊接频率约为50个/min熔池，逐个熔池重叠约2/3，熔孔明显可见，每侧坡口根部熔化0.5～1mm，同时听到击穿坡口的“噗噗”声。一条直径3.2mm的焊条可焊长约80mm的焊道。
(2)填充层焊和盖面层焊。无论焊条作往复运条，还是在坡口来回作U形运条，完成了打底层的焊接之后，其他填充层、盖面层的焊接仍采用碱性焊条进行，其操作方法与酸性焊条V形坡口对接平焊单面焊双面成形相同。
(3)清理熔渣和飞溅物，并检查焊接质量。
五、任务分配
焊件：Q235钢板，规格为300mm×100mm×12mm，每组两块。按图3.1练习要求练习。
使用焊条：焊条E4303型，直径为3.2mm。
单件工时：120min。
六、任务检测与评价
七、任务总结(任务质量分析)
(1)操作过程中，要随时观察熔池与熔渣是否可以分清。若熔渣超前，熔池与熔渣分不清，即电弧在熔渣后方时(焊接电流过小)，很容易产生夹渣的缺陷；若熔渣明显拖后，熔池裸露出来(电流过大)，会出现焊缝成形粗糙。
(2)填充焊的最后一层焊道要低于焊件表面，且有一定下凹，千万不能超出坡口面的棱边，否则会影响盖面焊缝的成形。
(3)打底层断弧焊单面焊双面成形的操作要领是：电弧要短，所送熔滴要少，形成焊道要薄，断弧节奏要快。
(4)当完成打底层焊道长度的2/3时，焊件的温度已经升高，有时还会出现坡口间隙过小现象，应根据实际情况，适当调整燃弧和熄弧时间，确保整条焊道背面成形均匀。
(5)连弧焊法在焊接过程中，电弧始终燃烧并作有规律的摆动，使熔滴均匀地过渡到熔池中，达到良好的焊缝成形。
(6)连弧焊法一般应采用较小的根部间隙、合适的焊接电流、与电流相适宜的焊接速度，并通过熟练的运条动作，获得均匀的背面焊缝。
(7)焊接Q235的焊件可选择酸性焊条，焊接Q345的焊件可选择碱性焊条。在用碱性焊条焊接时，无论焊件板薄还是板厚，均应采用直流反接。
(8)在操作中适当调整焊条角度，使焊条向偏吹的一侧倾斜，是减少电弧偏吹较为有效的方法。
(9)断弧焊法主要用于酸性焊条进行打底层焊接。
(10)连弧焊法主要用于碱性焊条进行打底层焊接。
八、复习思考题
(1)何谓正极性、反极性，应如何选用?
(2)如何克服电弧偏吹现象?
(3)定位焊有哪些要求?
(4)V形坡口对接接头其角变形应控制在什么范围，避免焊件角变形的具体方法是什么?
(5)打底层焊接有哪两种方法，如何具体操作?
(6)填充层操作时，填充量应如何确定?
(7)盖面焊采用哪种运条方法?如何控制焊缝宽度?
(8)试述焊接过程中容易出现的焊接缺陷，分析其产生的原因及防止措施。