摘要：

鎢極氩弧焊(GTAW)具有操作方便，焊接質量好等優點，在關鍵的焊接生産中應用較多，特别是在壓力管道以及鍋爐壓力容器的打底焊中被普遍采用。在氩弧焊焊接過程中，焊工采用不同的焊接手法對焊接質量有較大的影響。以小口徑管道氩弧焊為例，分析了三種施焊手法對焊道外觀成型及焊接質量的影響，總結出管道現場焊接中合适的焊接手法，以提高壓力管道現場焊接的一次合格率。

在壓力管道及壓力容器的制作或修複過程打底焊時，制造方多采用鎢極氩弧焊工藝。現場焊接時，由于操作習慣不同，焊工可能采用不同的施焊手法進行焊接，焊槍行走路線可能是正月牙、鋸齒型或反月牙，添絲方式可能采用點加法或連續添加法。

在對現場管道的焊接質量檢查時發現，在管道焊接過程中如果不注意施焊手法的變化，很容易造成焊縫外觀成型不良及内部焊接質量等問題，主要表現在管道焊縫表面打磨處理後進行滲透檢查時可能發現微小的點狀缺陷存在，或在水壓試驗時焊縫表面可能出現潮濕的現象。文中以φ57 mm×5 mm的無縫碳鋼管鎢極氩弧焊為例，對比分析了采用正月牙、鋸齒型和反月牙三種不同的施焊手法對焊道外觀成型及焊接質量的影響，在此基礎上總結現場焊接中合适的焊接手法，以提高壓力管道現場焊接的一次合格率。

1 .正月牙的施焊手法及其對管道焊接質量的影響

圖1 正月牙焊槍擺動法

表1 正月牙手法焊接參數

正月牙施焊手法如圖1所示，管道對接焊的焊接參數見表1。

采用該焊接手法，焊縫成型良好，但是如果在打底層坡口邊緣停留的時間不夠，則填充金屬與坡口間容易在坡口邊緣形成尖角，焊縫在蓋面時，如果焊工對這些尖角不加以處理，可能在兩側引起夾雜或未熔合等缺陷。

采用正月牙手法焊接時，使用連續加絲方法往往能獲得較為平整的焊縫，但在管道的下端5點至7點位則可能出現焊縫内凹的現象。有經驗的焊工在此位采用點狀加絲的手法能有效地改善焊縫的内凹現象，但還是會出現正面成形不佳的焊縫，如圖2所示。

圖2 正月牙手法焊縫正面成形

針對以上條件，在管道下部5點至7點位進行焊接時，适當地用一個焊絲直徑的寬度調整管道下部組對間隙，焊接時采用管道坡口内加絲的方式能有效地避免在仰焊位出現的内凹現象，但在整個焊縫全位置焊接中，如不及時地根據焊接位置調整焊絲添加方法，那麼在上爬坡位置及平焊位置容易出現焊縫背面出現過于突過現象，從而影響了焊縫質量。一般情況下，内加絲手法在焊至3點至9點以上時，宜采用熔池外連續加絲的方式，基本能獲得較為滿意的焊縫成型。在組對間隙較大時，采用在焊縫背面進行點加的内加絲方式同樣能達到避免出現焊縫内凹的現象。

2 .鋸齒形的施焊手法及其對管道焊接質量的影響

圖3 鋸齒型焊槍擺動法

表2 鋸齒運條法焊接參數

鋸齒形施焊手法如圖3所示。該手法較為清晰、容易掌握，因此氩弧焊初學者經常采用鋸齒形焊接方式。采用該手法在管道打底焊接時宜采用較小的焊接電流,一般采用連續加絲的方式進行焊接。鋸齒形施焊手法焊接參數見表2。采用該方法在打底焊接時，對組對間隙要求較高，組對間隙應與焊絲直徑匹配。采用該手法在水平焊6點位置時，焊縫正面成型較好，但在3點或9點以上時，由于管道焊接過程中的受焊縫收縮影響，焊接間隙變小，為了能夠焊透，焊工往往采用對坡口進行熔融的形式進行焊接，從而使焊縫的正面成型變差。在打底焊時，如果采用較大的焊接電流，熱量在焊縫的中心較為集中，熱量來不及向管道坡口傳導，容易引起熔池的鐵水下墜，在管道的5點至7點位置焊縫背面容易出現内凹的現象，并且在3點或9點以上位置焊縫正面出現高低不平的現象。

因此，無論焊接時的電流大小，在焊槍擺動時一定在焊接坡口位置進行一定程度的停留，讓熔融态金屬向坡口

充分過渡，熔池的熱量向坡口外傳導，使新形成的焊道在坡口位置形成一定的厚度，并使焊道與坡口間形成平滑的過渡，以免在焊道與坡口間形成未融合狀的尖角，如果在蓋面或填充前對這缺陷不加以處理，那麼在熔合線位置易出現微小的點狀缺陷(俗稱蟹腳點缺陷)。為保證焊縫正面成形及防止焊縫背面内凹的現象，在管道接頭組對時，應充分考慮在焊接時的收縮情況，組對間隙應預留一定的餘量。

圖5 改進後的焊槍擺動形式

圖5為在組裝間隙較大時，采用的焊接手法。采用直線擺動加斜鋸齒的手法在焊縫正面成形中能得到比較好的效果，焊縫成型如圖6所示。當管道組裝間隙較大時，焊縫則易出現燒穿的現象或出現焊縫成形不良的情況，這是由于熔池在坡口邊緣形成後，熔化的金屬經焊絲填加後無法向另一邊坡口進行平滑地進行過渡，此時，應采用焊槍擺動對原來的焊縫金屬進行過渡，在擺動過程中使焊縫金屬不斷地“長肉”以實現平滑地向另一邊坡口過渡，從而形成一個完整的焊縫形成過程。

圖6 斜鋸齒的手法焊縫表面成形

3 反月牙的施焊手法及其對管道焊接質量的影響

圖7 反月牙焊槍擺動方式

表3 反月牙搖擺焊接法焊接參數

圖8 反月牙焊槍搖擺法的焊縫成形

圖7為反月牙施焊手法示意圖，實際焊縫成形形貌如圖8所示，推薦的焊接參數見表3。

采用該焊接手法焊縫成形美觀，焊接效率高，一般在焊縫的填充層或蓋面層運用較為廣泛，但是如果在焊縫的打底層采用該手法則容易出現燒穿或出現焊縫背面成形不佳的現象；該焊接手法對于焊工的技能要求較高，如果操作不熟練，焊縫正面成形不容易控制，容易出現焊縫直線度差，或出現焊瘤、咬邊等現象；該焊接手法一般采用焊槍噴嘴緊貼坡口搖擺的方法進行焊接，焊工長時間焊接時，由于焊槍有依靠，焊槍不易抖動，焊工掌握焊槍的手指關節不容易燙傷。該方法焊接電流大，焊接效率高，但對焊工的體力消耗較大。在小口徑管道焊縫焊接時，由于焊槍的角度變化太大，焊工在焊槍擺動時來不及對焊槍嘴的角度進行改變，造成焊縫成形不佳。

因此，在管道打底焊及小口徑管道焊接時，不推薦采用反月牙焊接手法。氩弧焊反月牙焊槍搖擺焊接手法由于焊槍擺動幅度較大，焊接熔池轉移較快，較小的焊接電流無法保證熔池在移動過程中的形成，為保證熔池的形狀，采用該手法焊接時需要比其它焊接手法增加5%左右的焊接電流，才能保證焊縫成形整齊一緻。

4.三種焊接手法的比較

采用上述三種施焊手法在六批48人次的氩弧焊焊工培訓中進行了試驗比較，

1）當采用正月牙焊接時，焊工的焊接效率較低，鋸齒法焊接效率一般，而反月牙焊接效率為最高。在PT外觀檢驗時發現，采用正月牙手法的焊工焊縫直線度較好，焊縫高低差控制、焊縫背面成形控制及焊縫接頭狀态較好，但紋路成形較為混亂；

2）采用鋸齒形手法的焊工在外觀成形中紋路平直有規律，焊縫背面成形較好。采用内加絲時，無内凹現象的産生；

3）采用反月牙搖擺法焊接時焊縫表面呈雙片魚鱗狀排列，紋路較為美觀，但在焊縫的邊緣由于擺動速度較快容易出現點狀咬邊的情況，在焊縫的背面由于采用較大的電流緣故時有高低不平的現象出現。

在RT檢測中發現，采用正月牙的焊工焊縫合格等級明顯地要高于其它二種焊接手法的焊工，10天培訓期水平管固定考核中，合格率達到90%，缺陷主要存在的形式為下部6點位容易出現内凹的現象及焊縫接頭有點狀的未熔合；采用鋸齒形手法焊接的10天培訓期水平固定考核合格率在85%，其缺陷存在的形式一般為焊縫正面容易出現條狀的未熔合現象，中間層容易出現點狀的夾雜缺陷；采用反月牙擺動方式的焊縫合格率在80%左右，其缺陷一般為焊縫背面容易超高或焊瘤，焊縫中間邊緣容易出現夾渣的現象。三種焊接手法綜合對比情況見表4。

采用正月牙手法在小口徑管道焊接中合格率較高，鋸齒形手法的合格率次之，而反月牙手法的合格率較低。因此，在小口徑管道或管壁較薄的管道焊接時，建議采用正月牙小電流進行焊接；當管道直徑大于φ50 mm時，建議采用正月牙焊接手法打底，反月牙搖擺法進行填充和蓋面。