浅析单面焊双面成型焊接工艺

1、南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系毕 业 论 文浅析单面焊双面成型在船舶工艺的应用 年 级： 2013 年 秋 季 学 号： 0403131054 学 生： 刘宇晖 专 业： 船舶工程技术 指导教师： 刘建明 完成日期： 2016年6月20日 II浅析单面焊双面成型焊接工艺浅析单面焊双面成型在船舶工艺的应用刘宇晖（南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系 船体3132）摘要 ：单面焊双面成型的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制。本文详细的介绍焊接电源、焊接电流、焊接速度、电弧电压、焊接层数、焊条类形、焊条直径等工艺因素对单面焊双面成型技术焊接质量的影响和造成的相关缺陷。详细

2、的分析单面焊双面成型技术焊接质量差所引起的一系列问题及造成质量差的原因，提出了相应的防止措施，解决单面焊双面成型技术的缺陷，使单面焊双面成型技术进一步完善，加以推广，并对单面焊双面成型作业具有一定的指导作用。焊接单面焊双面成型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。 单面焊双面成型焊接质量差的原因分析，焊接电源自身因素引起的焊接质量差及工艺因素对单面焊双面成型焊接质量的影响(焊接电流、电弧电压、焊速、焊丝类型及焊丝直径的影响、焊接层数选择不当)。 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

3、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。否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中，降低结构的使用寿命。焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、焊丝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。关键词：单面焊双面成型；打底层；焊接缺陷引 言世界钢材及其它金属产量、品种的不断增

4、长及其对制品质量、性能要求的日益提高，特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国不断转移，不难预测，今后几年之内它们将会继续保持持续高速发展。为适应国内外市场急速发展和激烈竞争的需求制造业将以市场为目标，进行传统、通用产品的改造、产品结构的调整、质量认证和规范管理，组织化规模化、专业化、自动化的批量生产；同时加强对现代焊接技术的研究开发，特别是发展高效、节能、高性能、优质和多丝高速焊接设备、重大装备及其数字化控制技术和新焊接材料，取代进口，争取出口。 焊接技术是一门重要的金属加工技术，尽管焊接技术发展很快，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。尤其在小直径容器和管道的焊接方

5、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，焊接技术事一门不可取代的技术行业。焊接不仅能解决各种钢材的连接，而且还能解决有色金属和钛、锆等特种金属材料的连接。焊接既能连接异种金属，又能连接厚薄相差悬殊的金属。随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术进步很快。到现在焊接方法已发展到数十种之多。目前许多新的焊接工艺正逐步用

6、于焊接生产，极大地提高了焊接生产率和焊接质量。从焊接生产工艺装备水平来看，我国近年来，生产了成套的焊接工艺装备和焊接生产线，也有的厂家从国外引进了自动化水平较高的焊接辅助装置，焊接质量和生产效率有了很大提高。计算机控制系统在焊接生产工艺的应用，在国外已经比较普遍，除用于焊接工艺参数的控制之外，还可用于整条生产线、焊机的群控。它还可以根据材料厚度自动选择并预置焊接工艺参数，对焊接过程实现自适应控制、最佳控制以及智能控制等。从焊接装备上讲，具有智能的焊接机器人，特别是具有自动路径规划，自动校正轨迹，自动控制熔深的机器人以及特殊用途的焊接专用装备是近期重点发展方向。从焊接工艺上讲，优质、高效、低成本

7、以及绿色、节能的焊接工艺，如复合热源焊接，是未来发展的重方向。船舶工业高效焊接技术指导组以来，以统一规划、分类指导、整体推进的方针指导下进行了20多年的卓越的推广与应用工作，成效比较显著的有在船舶行业中大力推广应用铁粉焊条、重力焊条、下行焊条、CO2气保护焊、药芯焊丝、单面焊技术、多丝埋弧焊技术、气电垂直自动焊、气电横向自动焊、多丝高速自动角焊、双丝MAG焊、双丝气电垂直自动焊、管子法兰自动机器人焊等项高效焊接工艺、材料与设备等方面的推广与应用，焊接生产效率大幅度地提高，从而促进了船舶产量的大幅度的增长，基本满足了主力船型（油船、散货船、集装箱船）LPG船、LNG船、FPSO船、VLCC船的建

8、造和质量要求，从中可见船舶焊接技术是船舶建造中的关键技术之一，是对推进先进船舶建造技术，缩短造船周期起着关键作用。现代化造船对焊接技术水平和焊接质量的控制提出了很高的要求。船体建造所用到的焊接方法很多，如手工电弧焊,气体保护焊,氩弧焊、埋弧焊等等。根据不同的焊接材料、焊接位置而选择不同的焊接方法，每一种焊接方法的工艺和焊接过程中的控制都必须严格遵守相关的焊接程序，才能保证产品质量。在众多的焊接方法中。气体保护焊效率高,成本低、焊缝成型美观,应用广泛。它的新工艺成功地解决了板材对接焊接。以往的板材对接焊接常用CO2气体保护焊，在装配工艺上没有留间隙，正面焊反面用碳弧气棒清根，工艺复杂，焊后经探伤

9、合格率低，容易出现气孔、咬边等缺陷。加大了工人的劳动强度，延长了工序的周期。通过大量的试验运用，CO2气体保护焊单面焊双面成型成功解决了上述问题。CO2气体保护焊单面焊双面成型焊接工艺是在接缝间隙处依靠控制熔池金属的操作技术来实现单面焊接正、反双面成型。把握CO2气体保护焊单面焊双面成型技术，是我们为了以后能更好的在这一领域发展的前提和基础。焊接技术是一门重要的金属加工技术尽管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。1 单面焊双面成型1.1 单面焊双面成型基本概念：单面焊双面成型技术是采用普通焊条，在不需要任何辅助措施条件下，只是坡口根部在进行组装定位焊时，应按焊

10、接的不同操作手法留出不同的间隙，在坡口的正面进行焊接，就会在破口的正、背两面都能得到均匀整齐、成型良好，符合质量要求的焊缝。在接缝间隙处依靠控制熔池金属的操作技术来实现单面焊接，正、反双面成型。焊接时随着电弧热源的稳定，液态金属熔池沿前线熔化，沿后端线结晶，高温液态熔池处于悬空状态，从而达到焊接技术的要求的方法。这种方法主要适用于板材对接接头、管状对接接头和骑座式管板接头。是锅炉、压力容器焊工应熟练掌握的操作技能。把握单面焊双面成型技术，是我们以后能更好的在这一领域发展的前提和基础。焊接技术是一门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快，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

11、。尤其在小直径容器和管道的焊接方面，单面焊双面成型焊接技术的作用更显突出。1.2 关于单面焊双面成型的现代设备：焊接中单面焊双面成型焊接工艺是在接缝间隙处依靠控制熔池金属的操作技术来实现单面焊接正、反双面成型。单面焊双面成型焊接技术的作用非常突出，尤其是在管道的焊接方面和小直径容器,。单面焊双面成型的设备是co2气体保护焊机，关于机器焊Co2气体焊机，品牌有许多，早先是日本的松下和OTC，价格在一万多到二万。现在都是国产的大约在6000/7000元左右。逆变式Co2气体保护焊机气体保护焊使用热输入量小,背面成型易得到控制且易实现反面成型,主要设计出合理的坡口形式及装配间隙,消除根部未焊透缺陷,

12、采用合理的焊接气体配比,达到合理的焊缝成型要求,以保证两侧融合情况良好,设计合理的焊接工艺。只需要操作焊枪即可取消了手弧焊短时间内更换焊条的麻烦，还适用于大电流的焊接，大幅度地提高了作业效率。焊丝分实蕊和药蕊两种，直径1.0和1.2两种。实蕊焊丝优点：价格低，缺点：对气体保护要求高，要做好防风措施，飞溅多；成型一船；药蕊焊丝优点，对气体保护要求不高，成型好，飞溅少，缺点价格高。药蕊焊丝比实蕊焊丝多4000元/吨。在船舶建造过程中，船舶船体生产以焊接为主，质量要求甚高，这里我们介绍一种高效实用的焊接方法二氧化碳气体电弧焊。 二氧化碳气体电弧焊是在二十世纪 50 年代初出现的一种熔化焊方法， 现已

13、被迅速的推广使用，已经成为一种重要的熔化焊方法。我国从 1964 年开始 批量生产 co2 焊机，自推广应用以来，在汽车制造、特别是在船舶制造等方面应用越来越广泛。 起初，co2 气体保护焊并不能在船舶中得到广泛的应用和推广，主要有 以下几个方面的原因:1).由于 co2气体的氧化性问题，难以保证焊接质量。2).在船舶生产实践过程中，在对船体焊缝施焊时容易产生气孔，易造成 焊缝的渗漏。 3).由于当时经验不多，在用 co2气体保护焊施焊时，飞溅较大，焊缝表 面粗糙，造成焊缝成形不好，影响焊缝质量，以至船舶业发展的缓慢。随着二氧化碳气体电弧焊技术的进步，工艺的不断完善，焊接质量逐渐 提高，现在已

14、能很好地应用于船舶生产中，满足对船舶生产质量的要求，保 证船舶航行的安全性。主要运用在板材对接焊缝上，如小组立的拼板缝，中组立的外板对接缝，双层底、上下边舱大组立的搭载对接缝。以及船台搭载同样的焊接形式均采用这种焊接，也就是说板缝均采用，此外甲板缝（从主甲板到舷顶甲板）、外板缝（外底板、边舱外旁板也称为舷侧外板、艏艉舷侧外板）、底板缝（双层底的内底、外底）、纵横舱壁板缝（波形、平面）；在船舶建造过程中，如小组立预制、中组立建造、大组立组装、船台搭载，这四个工序。焊接部位有平焊、横焊、立焊、仰焊，就是可以满足全位置焊；如果要想焊好单面焊双面成型，一定要让两块板之间留有一定的间隙，然后在接缝的下面

15、贴凹形陶瓷垫。而焊接所适用的材质为所有船用钢，船级社认可的钢材均适用，如普通碳素钢、高碳钢、铸钢、高强钢等。此外，高强钢、铸钢在进行焊缝操作时，需加热施焊。根据材质不同加热温度要求也不一样。 2 关于单面焊双面成型手工焊2.1 手工焊单面焊双面成型：焊接技术是一门重要的金属加工技术，其中手工焊接是非借助器械来完成一系列的焊接，尤其是在小直径容器和管道的焊接方面，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，但焊接过程中因为各种缺陷或是由于设备、材料、工艺及操作等原因，使得

16、形成的焊缝达不到质量要求，从而对结构的工作质量和使用寿命产生影响。2.1.1 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、过窄或太宽，焊缝余高太低或过高，角焊缝焊脚尺寸不等，等等都属于焊缝尺寸及形状不符合要求。2.1.2 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、表面缺陷等。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。气孔：气孔通常出现在表面和内部。气孔首先影响的是焊缝的气密性和水密性

17、，减少焊缝的有效面积，造成应力集中，降低焊缝强度和韧性（常见的气孔有氢气孔，氮气孔，一氧化碳气孔等）。夹杂：焊缝中的夹杂物指焊接冶金反应产生的、焊后残留在焊缝金属中的微观非金属杂质（如氧化物，碳化物），它会导致焊接结构塑性和韧性降低，增加热裂纹和层状撕裂的敏感性。焊接裂纹：焊接裂纹在生产中经常会造成废品，而且可能造成灾难性事故。因此，裂纹在生产中一般是绝不允许的。咬边：焊接咬边是指由于焊接参数选择不恰当，或操作方法不正确，沿焊趾的母材部位产生沟槽或缺陷，它是由于焊接时由于熔敷金属未完全覆盖在母材的已熔化部分，在焊趾处产生的低于母材表面的沟槽。是焊接电弧把焊件边缘熔化后，没有得到焊条熔化金属的补

18、充所留下的缺口。未焊透和未融合：常发生在单面焊根部和双面焊中部。焊缝金属与母材之间、焊缝金属之间彼此没有完全熔合在一起的现象，称为未熔合。2.1.3 性质上的缺陷：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。2.2 原因分析2.2.1焊接电源因素：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。2.2.2工艺因素：工艺因素对单面焊双面成型焊接质量的影响主要有焊

19、接电流、电弧电压、焊速、焊接层数的选择、焊条类型及焊条直径等因素。焊接电流：若缺陷则直接可以导致焊接质量的大大降低，在工业生产中，是很重要的缺陷之一。焊接电流应根据板件厚度，接头形式，焊接层，焊条型号直径焊接经验等因素综合考虑。对于直径一定的焊条所适应的电流范围如下表： 焊条直径（mm）2.53.245焊接电流（A）60-80100-130160-210200-270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。影响电弧稳定的因素，除操作者技术不熟练外，可归为以下几个方面：焊接电源的种类、极性及性能的影响。焊条药皮的影响。药皮中含有化合物越多，电弧稳定性越好。含有难于电离

20、的物质，如氟的化合物越多，电弧稳定性越差。焊接区清洁度和气流影响。焊接区若油漆、油脂、水分及污物过多时，会影响电弧的稳定性。在风大的情况下作业，或在气流大的管道中焊接，气流能把电弧吹偏而拉长，也会降低电弧的稳定性。磁偏吹的影响：在焊接时，会发生电弧不能保持在焊条轴线方向，而偏向一边，这种现象称为电弧的偏吹，在焊接过程中，可采用短弧、调整焊条倾角(将焊条朝着偏吹方向倾斜)或选择恰当的接线部位等措施来克服磁偏吹。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，同时焊速过慢还会使每层的厚度增大

21、，导致熔渣倒流，形成夹渣等缺陷。焊接层数：主要分为3部分打底，填充和盖面。对于低碳钢和强度较低的低合金钢在单面焊双面成型时，多层焊，每层焊缝过后，对焊缝的塑性有不利的影响。由于焊接厚度过大导致焊接速度过慢，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。据以焊接层数主要根据板件厚度，焊条直径，坡口尺寸，形式和装配间隙来确定。可进行估算如下公式： （1）n = / d 式中：n为焊接层数；为焊件的厚度（mm）；d为焊条直径（mm）焊条类型及焊条直径的影响：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。焊条直径一般根据焊件的厚度选择；一般情况下焊

22、条直径的选择根据板厚见表：板件厚度（mm）2-34-68-12大于12焊条直径（mm）22.53.2416在相同板厚的条件下，平焊位置选择的焊条直径可以比其他位置的焊条直径稍大点，一般不超过4mm，第一层打底焊可以选择直径较小的焊条，以后各层可以根据板件的厚度和坡口的大小深度悬着焊条直径。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，提高焊接接头的质量，可从以下着手。2.2.3操作因素对单面焊双面成型焊接质量的影响：在焊接生产过程中，焊工的单面焊双面成型操作技术水平低,就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层

23、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。对于刚刚从事焊接的人来说，这是焊接质量较差的重要原因之一。3 关于Co2气体保护焊于单面焊双面成型3.1 Co2气体保护焊：二氧化碳气体保护电弧焊的保护气体为二氧化碳（有时采用 CO2O2 的混合气体）。由于二氧化碳气体的热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩 颈爆断、因此，与 MIG 焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉， 采用短路过渡时焊缝成

24、形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可 获得无内部缺陷的刘质量焊接接头。 因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。3.2 Co2气体保护焊的应用范围：厚度范围较大的材料适合采用CO2气体保护焊，最薄的目前焊到0.6mm，最厚的焊到150mm。根据具体的CO2气体保护焊工艺的不同，合理的应用范围也不同。如细丝CO2气体保护焊适宜焊接厚度0.8mm4mm的薄板，粗丝和药芯焊丝适宜焊接中厚板，窄间隙气体保护焊在焊接厚度大于50mm的厚板时显示了优越性。CO2半自动焊用于短焊缝及曲线焊缝的焊接，采用短路过渡时，可以进行全位置焊接，对于长直焊缝和环缝，一般都采用CO2自动焊，CO2自动焊主

25、要用于水平位置的焊接，在有特殊装备的情况下，可以进行立焊和横焊。CO2气体保护焊目前在造船工业、汽车制造与车辆制造工业、石油化工、冶金、机械、建筑等部门都能得到了广泛的应用，部分取代了焊条电弧焊和埋弧焊，已经发展成为一种常用的熔化焊工艺。3.3 Co2气体保护焊优缺点：Co2气体保护焊应用范围广，而且能很好的节省人力物力，但它任然有长处和短处，二氧化碳保护焊它生产效率高，采用的电流密度大，焊接过程中产生的熔渣少，焊接可达性好，坡口可适当开小，减少了焊丝的用量，此外在焊接时采用整盘焊丝，提高了生产效率；在焊接过程中，CO2气体分解，氧化性强，对工件上的油、锈不敏感，只要工件上没有明显的黄锈，不必

26、清理；CO2气体保护焊的电流密度高，电弧集中、CO2气体对工件有冷却作用，受热面小，焊后变形小。特别适用于薄板的焊接；还有它采用明弧，可见性好，易对准焊缝，能较为方便地观察和控制熔池；Co2气体保护焊它操作方便，自动送丝，焊接平稳；最重要的一点就是它成本低廉，能节约成本。但它和手工焊一样，都有些缺点，它焊后清理十分麻烦，在合理情况下产生的飞溅不是太多，否则会产生大量飞溅，因此焊前调节合理的焊接规范是非常重要的；此外它弧光强，焊接时要多加防护；还有抗风力弱和不灵活的缺点。 4 结论与展望焊接技术的应用焊接是金属连接的一种工艺方法，也是一门综合性应用技术。目前，随着中国经济的发展，中国作为“世界制

27、造工厂”，那么焊接技术的应用是很广泛的。随着焊接技术的发展和进步，焊接结构的应用越来越广泛，焊接结构几乎渗透到国民经济的各个领域，如工业中的石油与化工机械、重型与矿山机械、起重与吊装设备、冶金建筑、各类锻压机械等;交通运输业中的汽车、船舶、车辆、拖拉机的制造；兵器工业中的常规兵器、火箭、深潜设备；航空航天技术中的人造卫星和载人飞船等。大到航天技术，小到生活中应用的电子机械东西，我们无处不得应用我们传统的焊接技术。甚至对于许多产品，例如用于核电站的工业设备以及海洋资源所必须的海上平台、海底作业机械或者潜水装置等，为了确保加工质量和后期使用的可靠性，除了采用焊接技术外，难以找到比焊接更好的制造技术

28、，也难以找到比只有通过焊接工艺才能确保这些机械结构满足其使用性能要求的更好的其他方法。焊接方法以自身的优越性，确保了自身的不可代替性。焊接方法不但易于保证焊接结构等强度的要求，而且相对来说工艺比较简单，加工成本比较低廉，所以焊接方法得到了广泛的应用。焊接工艺发展历史虽然不长，但近年来焊接技术的发展是十分迅速的。现代焊接技术的发展始于19世纪80年代。目前工业生产应用的焊接方法却是19世纪末20年代初现代科学技术发展的产物。科学技术的进步，为焊接的发展提供了理论基础和物质条件。随着新焊接能源的开发和应用，新的焊接方法不断涌现，推动了焊接技术的应用范围不段扩大。而一些高、精、大型产品制造的高要求，又有力地推动了焊接技术的发展。迄今为止，焊接技术已发展为一门独立的学科，在能