船舶钢结构焊接技术之气电立焊（EGW）要点

1.气电立焊原理简述

气电立焊（EGW）技术是一种配备专用的药芯焊丝，以CO₂气体保护进行立向上对接焊的自动化焊接工艺，用于焊接垂直或接近垂直位置的焊接接头，见图2-135。

图2-135 气电立焊工艺原理与焊缝成型

焊接时，电弧轴线方向与焊缝熔深方向垂直，在焊缝的正面采用水冷铜滑块、焊缝的背面采用水冷挡排（或衬垫）（图2-136、图2-137）使用药芯焊丝送入焊件和挡块形成的凹槽中，熔池四面受到约束，实现单面焊双面一次成形的一种高效焊接技术。

图2-136 背面水冷铜滑块气电立焊

图2-137 背面固定衬垫气电立焊

2.气电立焊的特点

1）气电立焊工艺过程稳定、操作简便、生产效率比焊条电弧焊高10倍以上。

2）这种方法在船体焊接应用中不断发展，现在已具备单丝、双丝（图2-138）两种送丝方式；双丝焊时，第一根焊丝需要沿焊缝的熔深方向进行摆动。图2-139示出了如何根据板厚范围来确定送丝数。

图2-138 双丝气电立焊原理图

图2-139 焊丝数的选择

无论采用单丝还是双丝，气电立焊焊缝质量优良（图2-140）。

图2-140 气电立焊焊缝宏观组织

3.气电立焊工艺要点：

（1）焊缝背面垫板（相对焊机操作台）形式 可有三种垫板形式：

①背面用陶瓷衬垫，正面用水冷铜滑块强制成形的方法；(https://www.xing528.com)

②焊缝双面均采用水冷铜滑块强制成形的方法；

③不用外加气体、采用自保护药芯焊丝单面水冷铜滑块强制成形法。三种方法的焊接材料都有所区别。

（2）气电立焊焊接参数控制 气电立焊的焊接位置垂直或接近于垂直方向，电弧轴线方向与母材熔深方向成直角，熔化的焊丝金属堆积叠加，熔池不断水平上移形成焊缝，其熔深产生所需热量的传递方式与其他电弧焊有所不同。气电立焊焊接电弧产生的热量主要流向三个方向：熔化焊丝、熔化母材、滑块吸收。

1）母材坡口截面积控制。是影响熔深的主要参数之一：熔深反映了坡口两侧母材的熔化量，直接决定了焊接质量。增加坡口截面积就增加了焊接热输入，导致熔深增加。熔深的大小由熔池过热金属的过热度即温度梯度决定；影响熔池熔融金属的过热度的因素也就是影响熔深的大小的因素。

2）热输入控制。一般电弧焊焊接热输入为E=IU/Vw；对于气电立焊来说，焊接时采用等速送丝、大电流密度、较高的电弧电压，其送丝速度等于熔化速度熔化速度正比于向坡口填充金属的速度，经推导可得焊接热输入为E=kiUS，式中，ki为焊丝熔化系数，S为坡口截面积。增加电弧电压可增加焊接热输入。

3）冷却速度控制。当焊接规范和坡口参数确定后，焊丝和母材吸热可以认为是不变的，而强制成形的铜滑块吸热，则随冷却介质水变化较大。水的温度、水的流量对吸热影响很大，低的水温和大的流速水带走的热量，远大于高水温低流速的情况，所以在焊接厚板时应减少水流量；焊接薄板时可增加水的流量；通过调节水流量来调节熔池的冷却速度可有效地控制熔深的大小。

由于气电立焊熔池与普通未受约束的焊接熔池状态不同，熔深的形成方式以及影响熔深的因素也就不同。

表2-3给出了两种厚板EGW焊接参数，供参考。

表2-3 典型EGW焊接参数

（3）几种实用焊接材料

1）目前国内用量较大的是神户制钢公司生产的DWS—43G和DWS—60G型药芯焊丝，这两种焊丝经使用证明焊接时电弧稳定，飞溅很小，气渣保护良好，焊缝质量均匀稳定，是质量优良的药芯焊丝。使用该焊丝，同时焊缝背面要配用KL—4GT型陶瓷衬垫，在衬垫表面覆盖一层玻璃布，可使衬垫与钢材紧密相贴，防止跑渣。在衬垫的背面还有一块钢板，便于在装配衬垫时用钢楔子将衬垫与钢板压紧，避免陶瓷衬垫破碎。

2）自保护自动立焊焊丝一般采用LINCOLN公司NR431药芯焊丝。自动立焊工艺大都在露天或高空场合施工，在有大风的情况下，自保护焊不会因风的影响而停止施工。另外，目前自保护立焊设备的价格也要比气保护立焊设备的价格低的多。

国外在开发气电立焊时，都是将焊接设备与焊接材料一并配套考虑，这是出于保护产品的专利权和商业利益；但从另一角度看，增加了我们开发自身技术的困难，因此，要加强焊接技术研制和焊接工艺实验的工作，使国产焊接材料能在气电立焊应用中，占一席之地。

4.气电立焊设备

气电立焊设备主要组成部分包括：①携焊机头升降的机械系统；②快速送丝系统；③水冷强迫成形系统；④焊接电源及供（保护）气系统；⑤焊枪及焊枪摆动控制系统；⑥焊接过程自动控制系统，见图2-141。

图2-141 气电立焊设备构成图

图2-142中，给出一台国产垂直气电立焊机的外部结构，其型号为SEG-1；爬行小车的驱动方式为齿轮/齿条；行走速度最大530mm/min、无级变速；自重22kg；可最大负重50kg；外形尺寸360×665×365mm；适合板厚9～32mm（单面V形坡口）、19～80mm（双面X形坡口）。

图2-142 一种实际气电立焊设备