建筑薄壁箱形梁/柱横隔板非熔咀式电渣焊技术
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【摘 要】薄壁板箱形柱（梁）构件内隔板非熔咀式电渣焊接时，易产生壁板烧穿和焊缝未熔合现象。通过焊接熔透性工艺试验、调整焊接工艺参数，优选坡口尺寸，提高装配质量，在合适的焊接工艺保证下，薄壁梁/柱内隔板非熔咀式电渣焊能够得到焊缝与母材等强的技术要求。
随着钢结构工程在建筑领域的广泛应用，箱形截面柱、梁也经常在实际工程中使用，箱型柱、梁横隔板与翼缘板、腹板之间焊缝设计一般均要求全熔透，这道焊缝的质量好坏往往成为工程成败的关键点。本工程为一高层钢结构综合楼，地上二十二层，结构形式为钢框架——中心支撑体系。其中框架结构箱形构件共840根，其中壁板设计厚度为18、16、14mm的占63%，横隔板厚度18mm，钢板材质为Q345B。
1. 非熔咀式电渣焊简介
非熔咀式电渣焊是通过不熔咀将焊丝送至焊接部位，非熔咀则随着焊接的进行而自动向上移动不与熔池接触故不溶化，它是一种以电流通过液体熔渣所产生的电阻热作为热源的熔化焊接方法是丝极电渣焊的一种改进。对于薄板、中厚板可以不开坡口而一次焊成，焊接生产效率比较高。而金属熔池凝固速率较低，熔池中的气体和杂质容易浮出，焊缝中不易产生气孔和夹渣等缺陷，因此比较适用于钢结构薄壁及中板箱形梁/柱横隔板部位接口的焊接。
非熔咀式电渣焊横隔板的接口形式如图1所示，它是将焊丝穿过在工件间隙中可以提升的并与工件绝缘的非熔化嘴作为熔化电极。当焊接启动后，焊丝与引弧铜块接触产生电弧，使得焊剂熔化而建立起渣池，通过非熔化咀不断送入的焊丝熔化作为填充金属，使渣池逐渐上升，非熔咀则随着渣池的上升速度而同步上升（因铁水重渣液轻，熔渣自然上升），熔池底部逐渐凝固结晶形成焊缝。
2. 焊接熔透性试验
2.1 焊接试验。薄壁箱形构件非熔咀式电渣焊采用无锡洲翔电焊机厂生产的ZHS丝极电渣焊设备，配套的控制系统是由成都电焊机厂制造，利用设定焊接电流与实际焊接电流之间的差值来控制非熔咀的提升速度。焊接电源选用美国林肯DC-630型电源，焊丝为锦州锦泰ER50-61.6`mm、焊剂为JF-600型。
先选用18mm壁板进行试验，施焊前预设电流值、送丝速度、焊丝干伸长度、渣池深度时，参考借鉴焊接壁板厚20mm的熔透经验。从引弧开始至终焊全过程，注意察看壁板外侧的温度（钢板颜色）状态，当壁板侧开始发亮发红时，将焊接电压调低、相反提高电压。主要通过调整焊接电压来控制热输入的多少，保证施焊过程中壁板不被烧穿。
表1 非熔咀电渣焊试件接头力学性能
2.2 试件分析。经过对试件焊缝进行超声波（UT）探伤，检验结果部分区段存在有未熔合缺陷，对此部位进行锯断，对焊口断面磨光、腐蚀，观察熔深情况。虽然经调控电压，控制了壁板侧没被烧穿，但仍有为熔合缺陷产生。为此又做了几组试件，在施焊过程中分别对送丝速度、焊接电流和焊丝干伸长度等参数的调节，并用红外线测温仪对壁板进行测量观察，将温度控制在800～850℃范围内。焊后对试件进行探伤，锯断、磨光、酸蚀，熔透结果达到技术要求。
图1 薄壁箱形梁/柱横隔板非熔咀式电渣焊示意图对于壁板厚度为16、14mm的非熔咀电渣焊试件切取试样，分别进行拉伸和弯曲试验，试验结果见附表1，从试验数据可以看出，拉伸、弯曲性能均满足规范和技术要求。见表1 非熔咀电渣焊试件接头力学性能。
3. 薄板非熔咀式电渣焊技术
影响箱形构件内隔板与壁板非熔嘴电渣焊接质量的关键，一个是焊接参数和焊接技术；另一个是箱形构件壁板、内隔板、挡板的加工精度和三者相互装配的质量。如切割加工装配不按工艺要求做和装配前不进行矫正校平，组立后就很难保证接触面不产生过大间隙，当装配间隙>1mm时，就会在非熔咀电渣焊时导致漏渣，造成焊接过程中断，箱形构件装配时常出现的缺陷样式见图2示意。
3.1 挡板、隔板切割和坡口加工。采用数控切割进行切割下料，切割加工时应两边同时受热。切割后清理挂渣，同时对挡板、隔板进行检查，检查项目如下：
（1）挡板、隔板尺寸是否与详图相符合。
（2）隔板的坡口角度、加工余量、平行度、垂直度是否在公差要求范围之内。
（3）挡板、隔板是否弯曲，对其进行调直矫平处理。
3.2 隔板组装。
（1）在地胎上进行隔板与挡板装配，见图3所示。允许偏差如下：
B为两翼板间的距离：0～+1mm。
L为两腹板间的距离：0～+1mm。
B1为隔板实际宽度：-2～0mm。
L1为隔板实际长度：-1～+1mm。
C为隔板与腹板间隙：5～6 mm。
隔板对角线允许偏差：|Y1- Y2|
当壁板厚度
图2 箱型装配常见缺陷样式
表2 非熔咀电扎焊工艺参数
图3 隔板与挡板装配示意图（2）不同的隔板厚度配用的挡板尺寸（厚×宽）：
壁板厚度16、14mm时：-22×55。
壁板厚度12mm时：-20×50。
（3）隔板上装挡板点固焊方法：不要求全焊，只对其点固焊，点固焊缝长≥20mm，并要有足够的强度，间距≤50mm，每边不少于3处，见图4所示。
图4 箱形构件横隔板与挡板焊接示意3.3 箱形组立。
（1）箱形U形组立：在下翼板上组装加工好的隔板部件，隔板上的挡板端面与下翼板接触面的间隙缝≤1mm。装焊后用塞尺对间隙进行检查，质检人员确认合格后再装两边腹板。
（2）电渣焊孔的制备：在装上腹板后，用气割方法从箱里向外，先沿隔板边切割再割两侧挡板边的腹板，割口呈微型喇叭形状即外大里小，大约外口大于内口2～3mm，并清理挂渣、熔渣和氧化物。
（3）箱形上翼板装配：在装上翼板之前，应仔细检查所有与上翼板接触的挡板、工艺隔板上端面，以及主焊缝全熔透的衬板端面是否平整。检查工艺隔板、挡板上端面是否有焊疤、焊痘等，若有需进行磨除。在装配上翼板时，重点对电渣焊接触部位进行压紧，周围加固点焊，确保装配上翼板后的电渣焊孔质量。
3.4 非熔咀式电渣焊操作技术。
（1）准备阶段：开启电源与循环冷却水，调试检查所有与焊接相关的设备功能是否完好正常。
（2）将非熔咀焊枪置于待焊口内的中心，焊丝干伸长度为40～50mm，装填引弧块，并填加少量引弧用钢丸和适量的电渣用焊剂，用千斤顶将引弧块顶紧贴严箱形壁电渣焊孔底部，根据不同的壁板厚度设置焊接电流、送丝速度等焊接参数见表2。
（3）施焊阶段：引弧时，手持非熔咀防止摆动，以免导电嘴碰触到金属壁引起短路而中断焊接。起弧后应适量填加焊剂，略增大电弧电压，使电弧焊转为电渣焊的时间尽可能短。增加起弧阶段对始焊部位预热作用，保证起弧端部熔合良好。转为正常后，将电弧电压、送丝速度逐渐调回到预定值，焊接过程中随时观察壁板外侧的红热颜色状况，不发红则热量不足，熔透情况差；发亮红，热量过大，壁板有烧穿的可能性。发均匀樱红色（温度在800～850℃）热量合适，焊接过程中随时根据壁板受热颜色判断温度（可借助红外线测温仪），对焊接参数随时进行调整。
（4）收弧阶段：当渣池液面接近上端平面时，加装熄弧块，为保证收弧端的质量避免产生缩孔，应逐渐降低焊接电流值，由380A逐渐降低到320A，电弧电压由44V逐渐降低至40V，送丝速度略减小，以收弧焊缝高出母材平面20～30mm为宜。
4. 焊接过程中断弧的措施
非熔咀式电渣焊在正常焊接过程中，一般不会出现断弧现象，如果出现可能有两种情况，一种是焊前可预防的，而另一种是焊接过程中随时会发生的。
4.1 如果焊前未严格检查电渣焊口装配质量，也就是未执行本文2.1、2.2和2.3节的规定，而出现的断弧现象。预防措施：严格执行加工精度和装配质量要求；检查焊前设备状态，如焊丝数量是否充足，非熔咀提升机构是否完好，清理导电嘴和导丝管，保证焊接时送丝顺畅。
4.2 因导电嘴堵塞致使断弧、焊剂填加过量渣液上升掩盖住导电嘴致使熄弧。当发生熄弧后应先迅速关闭焊接电源，同时提起非熔咀，以最快的速度将已损坏的导电嘴换下换上新的，将焊丝送入导电嘴孔内并立即引弧。此过程越短越好，因熔池渣液尚未冷却，引弧容易，否则再引弧可能失败。不论导电嘴堵塞致使送丝不畅而断弧，还是因为渣液掩盖住导电嘴而熄弧，大多与焊接过程中的焊剂填加有关。当渣液不足电弧暴露时，会引起氧化飞溅使焊接过程异常，此时需填加焊剂，可根据经验听渣池的声音来判断，渣液不足时，先是发出沙沙声，然后再发生爆破声并伴有少量飞溅火花，这时应少量逐渐填加焊剂，当发生咕噜沸腾声为焊接正常。
5. 结束语
经调整非熔咀式电渣焊工艺参数，控制焊接热输入量，提高隔板、挡板加工装配质量精度，通过大厦506根壁板厚度为18、16、14mm箱形梁/柱制作，没有出现一例壁板烧穿现象，经超声波（UT）探伤检验一次合格率为98.5%，经取样宏观金相检验，焊缝形状呈椭圆形，轮廓清晰，熔合良好，经冷弯试验无裂纹合格。满足建筑钢结构箱形梁（柱）结构横隔板部位焊缝焊接的设计要求，提高了焊接生产效率。
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[文章编号]1006-7619（2012）11-14-015
[作者简介] 宋统战 （1957.2-），男，籍贯：河南省武陟县人，职称：高级工程师、IWE国际焊接工程师，工作单位：河南天丰钢结构有限公司，从事钢结构生产制造工艺和金属连接工艺方面技术工作，发表技术论文40余篇，撰写省级焊接工法1部。1982年郑州工学院毕业、1988年西安交通大学焊接专业结业。