坡口角度对熔深的影响

管金钰，刘锦明，花建军，单 陈，张 海

(江苏熔盛重工有限公司，江苏 如皋226532)

在电流、电压相同的情况下，坡口角度越大，熔深越深;坡口角度越小，熔深越小。本文将通过试验进行验证。

1 试验准备

1)焊接设备。MZ-1250可控硅整流弧焊机。

2)试验试板。板厚25 mm，采用Y形坡口，留根8 mm;试板同样厚度、留同样尺寸的钝边，(全部通过机械加工的标准坡口角度试板)。

3)焊接参数。焊接电流700 A，电压30 V，焊接速度40 cm/min。

4)焊接材料。焊丝H10Mn2，直径4.8 mm。焊剂SJ101。

5)试验原则。用单丝焊一道。

2 试验数据

共进行12组试验，试样统一留根8 mm，通过宏观测量出未熔合深度及穿透深度，见表1及图1～3。

图1 电弧及根部距离示意

表1 焊接试验数据表

3 数据推导

由表1可见，当坡口角度由小到大变化时，相当于板厚从25 mm变化到8 mm，自然未熔合深度是变化的。

4 试验分析

焊丝只要接触到被焊工件产生短路就会形成电弧开始溶化。但是，开有坡口焊缝的焊接，关键是焊丝在坡口的什么位置地方接触产生短路。用4.8 mm直径焊丝做试验，在坡口夹角大小不同的焊缝里焊丝端部所伸到坡口内的位置是不同的。夹角大，焊丝端部接近坡口根部近;相反，夹角小，焊丝端部离坡口根部距离就大。也就是说开有V形或Y形坡口的焊缝焊丝是在坡口斜坡面随着坡口夹角大小的变化所接触到不同的点产生短路。而没有坡口的拼板对接缝焊丝端部是在钢板平面接触产生电弧开始融化。

4.1 电弧形状

当电流电压一定的情况下，电弧的形状是不变的，而会随着坡口夹角的大小上下移动，不会发生左右的变化。

很明显，在电弧电压不变的情况下，电弧熔化点到母材的距离相同。坡口角度越小，电弧为保持原来形状，电弧上移，电弧下坡口根部的距离就越大;反之，坡口角度越大，电弧为保持原来形状，电弧下移，这个距离就越小。由于电弧是由电压控制，电弧长度与电压成正比，随着电压的变化而变化。改变坡口角度，电弧所能到达坡口根部的距离明显不同。

4.2 穿深厚度

在12个不同角度坡口的试验中，穿透深度也是随着坡口角度大小的变化而变化的，30°～45°坡口形成了负数，50°正好为零，随着坡口角度的加大穿透深度也随着加大直至焊穿。同时可以看出随着坡口角度由小到大，电弧至根部距离是由大变小，未融合深度也是由大变小，而穿透深度是由小变大。不难分析，角度越小，钝边需要随着减小甚至不留钝边，角度加大，钝边也要适当地加大。所以角度大小与钝边成正比。

根据以上分析，45°以下角度坡口留8 mm钝边不能满足焊缝要求，需减小钝边厚度来保证焊缝质量，但是角变形较难控制。70°以上角度坡口虽然能充分焊透，但是有些浪费材料。恰到好处的坡口角度与达到理想焊缝质量要求的坡口角度为50°～60°。

5 节能分析

以直径4.8 mm焊丝，焊剂SJ101为例。以每1 m焊缝计算，板厚25 mm，开V形坡口不留根。坡口角度分别为50°、60°、70°。试验结果显示:

50°坡口需用焊丝1 900 g，焊剂1 580 g;

60°坡口需用焊丝2 294 g，焊剂2 276 g;

70°坡口需用焊丝2 648 g，焊剂2 644 g。

以40万t船为例。对接焊缝约86 600 m，埋弧焊焊缝就以50 km计算。

50°坡口消耗焊丝95 000 kg，焊剂79 000 kg;

60°坡口消耗焊丝114 700 kg，焊剂113 800 kg;

70°坡口消耗焊丝132 400 kg，焊剂132 200 kg。

另外在气能、电能、工时方面也有一定的节减，在一定程度上缩短了场地周期。

6 结论

通过以上分析可见坡口角度大小的不同，电弧所能到达坡口内的位置也就明显不同，在焊接规范不变的前提下熔深差距很小，但未融合深度差距很大。穿透深度差距也很大。坡口角度越大，未融合深度越浅。穿透深度越大。坡口角度越小，未融合深度越深，穿透深度越小。也就是填充金属越堆积于表面。相反，反面如果不扣槽清根焊接质量难以得到保证。如果扣槽清根，会大大增加工作量，且增加生产成本。所以在确定埋弧焊坡口角度的同时尽量选择适合既能使埋弧焊作业方便，又能节约成本的坡口角度。