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西气东输管道工程主线路全长约4000km，其特点是钢管口径大（最大直径为1060mm）、管壁厚（14～26mm）、钢材的强度级别高（X70）、承受压力高（10MPa）。由于焊接工作量巨大，焊接质量要求高，因此在较平坦的区段采用了自动焊技术。采用自动焊的总里程超过800km。在焊接过程中，焊接机头沿着安装在管道上的轨道行走，操作人员通过控制盒进行参数设置，焊接过程是在自动控制下完成的。自动焊可大大降低人为因素的影响，并且劳动强度低，焊缝质量好，焊接效率高。但由于操作不适当，有时也出现一些焊接缺陷，影响工程进度，同时影响自动焊技术高效率特性的发挥。
西气东输管道工程第17标段，管材规格为
1016mm×14.6mm，材质为X70管线钢。管道坡口为单面V形，采用STT（表面张力过渡）半自动焊封底，焊丝为JM-58，直径为1.2mm，100%CO
2
气体保护；填充和盖面采用自动焊，焊丝为JM-68，直径为1.0mm，混合气体保护（80%Ar+20%CO
2
）。自动焊采用的是填充3层或4层、盖面1层的多层下向焊方法。焊后出现的主要问题有未熔合、气孔、余高超标、咬边和迸丝。
未熔合的直接危害是减小焊缝承载截面积，增大应力，对承受疲劳、经受冲击、应力腐蚀或低温条件下的工作非常不利。未熔合是由于电弧未能直接在母材上燃烧，焊丝熔化的铁水只是堆积在上一层焊道或坡口表面上而形成的。主要形式有层间未熔合和单侧线状未熔合，并出现在平、立焊位置，长度不一。
未熔合是由以下几方面原因造成的。
①焊接速度慢。如图2.21所示，由于焊接速度慢，电弧不能在上一层焊缝上燃烧，而是在熔池内的铁水上燃烧，焊丝熔化的铁水向前流淌，铺在上层焊缝上，造成层间未熔合。
图2.21 电弧的燃烧位置
②焊枪角度不正确。如图2.22所示，焊枪角度不正确时，熔池中铁水在电弧吹力作用下向前流淌，铺盖在电弧的前方，致使电弧不能在上一层焊缝上燃烧，造成层间未熔合。并且随着角度的增大，铁水流淌更加严重，焊缝无法成形。
③焊接跟踪不准确。在焊接过程中，由于焊工观察位置、角度的变化，在电弧摆动中心和坡口焊缝中心不重合时，使电弧只能在坡口的一侧燃烧到位，在另一侧燃烧不到位。熔融金属只堆积在不到位的一侧，这样就产生了单侧未熔合，如图2.23所示。
图2.22 焊枪角度的变化
④焊枪在坡口端部的停留时间短。焊缝是由焊枪在坡口内边摆动、边移动施焊完成的。由于焊枪在坡口端部的停留时间不足，电弧尚未将
图2.23 错误的跟踪状态
根部彻底熔透就摆动移向另一端，此处产生单侧未熔合。
根据以上原因，采用下列措施，可避免未熔合的产生。
①适当加快焊接速度，使焊接电弧在正常焊接状态的位置上燃烧。
②将焊枪调至图2.22（a）所示正确的焊接角度，焊枪与管道的法线形成0°～10°夹角。
③应保持相对固定的观察位置和角度进行焊接跟踪。
④适当增加焊枪在坡口两端的停留时间。
气孔是管道自动焊现场出现的主要焊接缺陷之一，是焊缝金属凝固过程中由于侵入气体而形成的。因其造成了结构的不连续性，会削弱焊缝金属的抗拉强度，降低焊接结构的气密性、水密性等。气孔多出现在平、立位置的焊缝接头处，从X射线底片上反映出以密集气孔偏多。经检查分析，形成气孔有以下几方面的原因。
①防风棚漏风。气体保护焊的最大缺点是抗风能力差，所以工程上所使用的管道自动焊设备均是在防风棚内作业的。虽有“全天候”之称，然而当风速高、棚底所在的地面不平时，就会在防风棚的两侧包裹管道的帆布帘处及底部漏风。这会吹散保护气体，电弧和熔池失去了保护，导致在焊缝中产生气孔。
②保护气体流量过小。管道自动焊所用保护气体为富氩混合气体（80%Ar+20%CO 2 ），流量为20L/min，可获得最佳的保护效果和焊缝成形。然而在焊接过程中，输气导管受到踩踏、碾压或折成死弯时，造成导管堵塞或破损漏气，在电弧熔池处没有保护气体或气体流量过小，电弧和熔池不能得到很好的保护，就会产生气孔。
③焊前检气时间不足。在焊接起弧之前，焊枪头部及附近的导管内不是所需的保护气体，而是空气，必须将此处的空气经检气完全排出后，方可起弧焊接。停焊时间越长，空气在导管内占有量就越多，所需的检气时间越长。
为此采取了以下防止措施。
①防风棚两侧的帆布帘包裹管道后，再用绳索加以捆绑。
②棚底四周加上帆布帘，并用沙土压牢。
③经常查看流量计，确定气体流量是否达到要求。在输气管破损处用胶布缠堵，对破损严重的气管，进行整管更换。
④每次焊接起弧之前，检气时间不得小于5s。
通过这些措施，有效地抑制了气孔的产生，提高了焊缝一次合格率。
焊缝余高超标是指焊缝熔覆金属超过了规定的需要量，余高超标不仅造成经济上的浪费，使外形不美观，而且还是一个应力集中源。主要影响焊缝的疲劳寿命，随着余高的增加，焊缝的疲劳强度会急剧下降。
在焊接施工中，平、立焊位置的焊缝余高符合标准要求。由于仰焊位置的特殊性（熔滴受电弧吹力和重力两个相反方向力的作用，只有电弧吹力大于重力时，才能过渡到熔池内），导致熔滴过渡较慢，电弧燃烧时间长。熔池的热输入大，使铁水由两侧向中间堆积下坠，因此在焊缝的中心形成一个脊梁背，特别是在5～7点钟的部位，这种情况更加严重。焊缝余高大部分在3.0～3.5mm，个别地方达到4.0mm。虽对余高进行了打磨，但与平、立焊位置焊缝比较，仰焊外观差，并耗费人力和物力。
通过具体分析，制定了以下几点防止措施，使焊缝余高达到了标准要求。
①在最后一遍填充后，给盖面焊留1.5mm的余量，如图2.24所示。
②控制盖面焊的焊接电流为160～170A，焊接电压为18V。
图2.24 盖面前的焊缝截面
③焊丝摆幅、摆速和停留时间均增加10%～20%。
④电感量在原来的基础上降低10%。
⑤焊丝干伸长控制在7～10mm范围内。
⑥保持正确的观察角度。
咬边是由母材金属损耗引起的沿焊缝焊趾产生的沟槽或凹缝，是电弧冲刷或熔化近缝区母材金属后，又未能填充的结果。咬边严重影响焊接接头质量及外观成形，使焊缝的截面积减小，容易形成尖角，造成应力集中，严重时导致断裂。
由于仰焊位置的特殊性（在电弧吹力克服熔滴重力之后，熔滴方可向熔池过渡），在盖面的仰焊部位极易造成咬边。从仰焊位可直接观察到在焊缝两侧呈现断续、由浅至深的咬边，深度为0.2～0.7mm，而局部接近1.0mm，集中在5～7点钟区间，大约300mm长的范围内，属于典型的宽型咬边。造成这类咬边的原因有以下几点。
①焊接电流。焊接电流对咬边影响最大，大电流时，虽电弧吹力大，熔深大，焊丝熔敷率高，但同时热输入大，熔池内铁水温度高、流动性好，向焊缝中心流动。当电弧移走之后，致使熔池内无铁水或铁水少，此时电弧在母材上（即坡口边缘处）烧出一个弧坑，形成咬边。
②焊接回路电感。短路过渡要求焊接回路中有合适的电感量，用以调节短路过渡电流的增长速度，控制焊接过程中的飞溅量及电弧燃烧时间。通常细丝气体保护焊，焊丝熔化速度快，熔滴过渡周期短，需要较大的短路过渡电流的增长速度。在仰焊时，较大的电感使熔滴过渡频率低，燃弧时间长，电弧移动至坡口两侧时，熔池内的
图2.25 摆幅较小造成的咬边
铁水向焊缝中心流动而形成咬边。
③焊接操作要点。包括摆幅、两端停留时间及电弧偏移。如果摆幅小，电弧就烧不到坡口的棱沿上，只在坡口面上烧一个弧坑，从而导致咬边，如图2.25所示。如果在最后一道焊道填充完成之后，给盖面焊留有较大的余量时，应保证电弧在坡口两端有足够的停留时间，否则焊丝熔化量不足以填满熔池，会在焊缝外两侧形成咬边。偏移是用于焊接跟踪的，如果观察的角度不对，就会产生视觉误差，作出错误的判断和调整，使电弧在一边能够烧到位，而在另一边烧不到位，在电弧烧不到位的一侧会产生咬边。
咬边的防止措施与余高超标的防止措施一致。
迸丝是在焊接状态下，焊丝接触到母材之后，焊丝干伸长部分发生的爆断现象。迸丝使焊接电弧无法形成，不能实施正常的焊接。它是由电弧电压低造成的，从公式 U 空载 = U 电弧 + U 线损 可以看出，在焊接电流的回路中，应尽可能减小 U 线损 ，保持电弧稳定，可以避免迸丝。
在整个焊接回路中，从焊接电源引出的焊接电缆、地线电缆并不长，电缆线上的电压损失很小，不足以造成迸丝。经过进一步的检查分析，发现问题出在地线上，有以下几方面的原因。
①在整个地线电缆上有4个接头，接头形式均为螺栓、螺母连接，导电面积小，电压损失大。在长时间、大电流的焊接过程中，地线接头处严重发热，达到烫手的程度，预计温度在50℃以上。
②地线板与母材的接触形式如图2.26所示。在填充第1、2层时，地线板在管道坡口内的接触点较多，导电性能较好、分压小，很少出现迸丝，如图2.26（a）所示。在第3层填充和盖面焊接时，地线板在焊缝上接触点较少，导电性能差、分压大，所以频繁出现迸丝，如图2.26（b）所示。
③地线板与母材接触不紧密，在接触点处有过热烧红现象，致使线损电压增大，电弧电压减小而产生迸丝。
图2.26 地线板与母材的接触形式
针对以上原因，将地线电缆接头减少为2个，采用铜鼻和地线板直接相贴的形式；并且地线板的厚度由原来的6mm增加到16mm，增加接触点，同时在地线板上加一重物，使地线与管道坡口能够紧密接触。通过以上改进措施，再未产生过迸丝，电弧稳定，焊接连续正常。
在机组作业率、钢板厚度、钢板宽度、成形角度一定的条件下，螺旋焊管生产效率取决于焊接速度。某钢管有限公司在确保焊接质量的前提下，不断尝试提高焊接速度，以获取更高的效益。但由于焊接操作和控制措施不到位，焊接速度达1.9m/min时内焊缝出现了凹陷、咬边等缺陷。
钢管尺寸为
478mm×5.6mm，采用埋弧焊，焊丝为CHW-SG（大西洋），焊剂为SJ101G。内焊和外焊前丝焊采用林肯DC-1500焊机，外焊后丝焊采用AC-1200焊机。内、外焊点均处于下坡焊位置，如图2.27所示。焊接工艺参数见表2.5。
图2.27 内、外焊点示意图
α
—焊丝后倾角度；
e
—焊点偏心距
表2.5 钢管高速焊的工艺参数
螺旋焊与在水平面上进行的直缝焊不同，焊接面是倾斜的，无论内焊点处于上坡焊还是下坡焊，熔池金属在凝固过程中都会因重力的作用而流动。当内焊点处于下坡焊位置时，随焊接速度的提高，熔池拉长，熔池金属流动倾向增大，焊缝凹陷深度增加。如果内焊点处于上坡焊位置，尤其当管径较小时，焊缝余高过大，两侧容易出现严重咬边，焊缝成形明显恶化。上坡焊位置正好处于带钢递送边与自由边咬合点附近，还易产生裂纹、气孔、夹渣等缺陷，因此在实际生产中应尽量避免采用上坡焊。采用下坡焊时，焊缝的熔深和余高均有减小，而熔宽略有增加，焊缝成形得到改善，产生咬边的倾向减小。
为获得良好的焊缝成形，需按焊缝成形的规律调节相关参数。其他条件不变时，增加焊接电流，焊缝熔深和余高都增加，而熔宽几乎保持不变；增大电弧电压，熔宽显著增加，而熔深和余高略有减小。高速焊时，熔深、熔宽及余高随焊接速度的增加而减小；焊丝外伸长增加，余高增加，熔深略有下降；偏心距增大，内凹深度增加；焊丝后倾角度增大，焊缝内凹深度增加。
咬边是在焊缝边缘形成的凹陷。产生咬边的主要原因是焊接电流过大和焊接速度太快，这时电弧对熔池金属的后排作用很强，弧坑很深，又没有足够的液体金属来填满弧坑两侧，因此形成咬边。电弧电压过大，电弧拉得过长，焊点位置不正确，焊丝倾角不当等也会造成咬边。
内焊缝咬边的控制措施有以下几点。
①适当增大焊丝后倾角度。增大焊丝倾角时，电弧力向后排斥熔池金属的作用减弱，熔池底部液体金属增厚，故熔深减小。而电弧对熔池前方的母材预热作用加强，故熔宽增大，这有利于液体金属填满弧坑两侧，减小产生咬边的倾向。咬边随下坡焊倾角的增大而减小，但焊缝凹陷深度则随之增大。实际生产中，应通过适当减小偏心距和适当增大焊丝倾角的办法同时控制凹陷和咬边。
②适当降低电弧电压，缩短电弧长度。电弧电压太大，电弧拉得过长，则电弧摆动倾向增大，容易使母材坡口两边局部过烧，造成咬边。
③避免焊丝左右偏斜。保证焊丝沿焊接方向前倾，而不能偏离焊接方向左右偏斜。如果焊丝偏离焊接方向向左或向右偏斜，必然使焊道两侧受热不均匀，容易导致偏流（焊缝一边高一边低）及单侧咬边。
④使用耐磨导电嘴并及时更换。导电嘴磨损严重时，导电性能降低，焊丝在导电嘴内摆动增大，既影响焊缝成形，又因电弧摆动而使母材局部过烧，造成局部咬边。
⑤焊头固定牢靠。焊接过程中，导电杆颤动及焊头摆动，同样会使母材金属局部过烧，造成局部咬边。
⑥消除磁偏吹的影响。磁偏吹可导致电弧偏斜，致使母材坡口两侧受热不均匀，导致偏流及单侧咬边。引起磁偏吹的原因是电弧周围磁场分布不均匀。生产中，常采取工件电缆选择适当的接线部位来克服磁偏吹。低速焊时，内、外焊工件电缆固定在成形机转盘同一位置；高速焊时将外焊工件电缆移接到了扶正器上。
⑦使焊枪与钢管轴线方向一致。原有的螺旋焊管机组内焊采用前入式（焊枪从带钢进入成形器方向伸入管内），微调装置多固定于成形器内压杆梁上，虽然微调装置与钢管轴线方向一致，但焊枪与钢管轴线方向却有一定角度。经过对内焊装置进行改造，保证了焊枪与钢管轴线方向的一致。
⑧确保成形稳定。成形焊缝时紧时松、螺距窜动、局部错边，板边切口不齐、波浪、毛刺以及坡口不规则等均会导致焊缝成形不良及咬边等缺陷。焊接时必须及时调整焊缝成形的稳定性。
此外，焊接设备性能稳定，送丝可靠，卷板、焊丝、焊剂匹配适当，工艺参数正确，操作熟练是确保焊接质量的先决条件。
在螺旋埋弧焊钢管的生产过程中，特别是在高速（1.7～2m/min）焊接中，咬边已成为螺旋埋弧焊钢管生产中最主要的缺陷之一。咬边缺陷主要有以下几种表现形式：单个单侧咬边、单个双侧咬边、单侧连续咬边、双侧连续咬边，单侧连续咬边和双侧连续咬边对焊缝质量的危害很大。
1）形成原因 单个单侧咬边的形成看似是偶发的，没有规律性。成形焊缝变化过大、带钢边缘的小毛刺或小缺口、成形错边都可能形成咬边。符合标准许可范围的单个单侧咬边可以通过修磨的方式消除，超出标准范围的咬边必须通过修补的方式改善。
由于焊丝接头处的直径、光滑程度发生变化，焊丝接头在通过送丝轮和弯管时送丝速度会发生突然变化。由此引起焊接电压和熔化速度的瞬间变化，焊接熔池的突然加宽以及熔化金属补充不足可造成在此焊点处产生单个双侧咬边。
连续生产过程中焊接工艺参数不会发生大的变化，因此，正常生产过程中不会有咬边的产生。但是，在外界网路电源波动的影响下，焊接电流、焊接电压有可能发生突变，结果可能导致咬边的产生。
焊接时由于板边毛刺或焊剂中混有金属毛刺，在正常焊接过程中会在导电嘴处产生瞬间短路，造成焊接电流、焊接电压瞬间变化，导致咬边的产生。单个双侧咬边可以采用修磨或修补的方式消除。
2）防止措施 对于单个单侧咬边，由于缺陷产生的不确定性，可在条件允许的情况下尽可能将带钢边缘处理光滑并保持成形稳定。带钢边缘的光滑处理，可采用铣边机代替圆盘剪边机；对于成形稳定问题，可采取提高调形质量的办法来解决。单个双侧咬边的防止措施如下。
①处理好焊丝接头。对于焊丝生产厂来说，应该对接头处进行热处理以便使其硬度与整盘焊丝的硬度保持一致。在螺旋埋弧焊管的连续生产过程中对接焊丝时，应该在对接完成后修磨接头处。使其达到平滑过渡，直径均匀，并用氧-乙炔火焰将接头处前后焊丝加热并使其自然冷却，以达到硬度一致的目的。
②严格控制焊接工艺参数。焊接过程中要注意电流、电压的变化，如果变化过大则要查找网路电源及系统外电源的原因，使工艺参数的变化控制在允许范围内。
1）形成原因
①焊点位置不合理产生连续咬边。螺旋埋弧焊管生产过程中焊接条件比较特殊，焊点位置的选择对焊缝质量的影响很大。在实际操作中，一般把钢管的6点钟位置作为基准点，在下坡焊条件下，焊点偏移量过大或过小，焊丝干伸长不适或前倾角不适，会使焊缝成形恶化，有可能产生连续咬边。按照技术标准的要求，连续咬边是不允许修磨处理的线性缺陷，必须经过修补。对于连续咬边长度超过钢管或焊缝的规定比例，此钢管必须进行降级（判废）处理。
②设备故障产生连续咬边。在螺旋埋弧焊管生产中，焊接设备包括焊机及操作箱、送丝电机、送丝直管和弯管、导电臂、导电夹和导电嘴等。
焊机及操作箱是焊管生产的核心，其状态好坏对焊接质量影响很大。焊机主机的电流、电压特性是它的重要参数，电流、电压特性不好或匹配不佳的焊机在焊接过程中焊接电流和电压不能保持稳定，容易导致连续咬边的产生。操作箱是焊机主机的外部控制部分，如果控制板发生故障而使焊机输出电流、电压产生波动，容易引起连续咬边。
送丝电机是将焊丝送到焊点位置的动力源，直流电机驱动减速装置和传动机构（送丝轮）完成送丝和电压反馈，减速装置（主要是轴承）损坏或炭刷、送丝轮磨损过大会使送丝不稳，从而产生咬边。
送丝直管和弯管是送丝设备中的焊丝导向装置。直段到弯曲部分连接处必须是平滑过渡，如果过渡不好会对焊丝的输送产生阻力，阻力过大会使送丝速度和焊接参数不稳定。如果送丝弯管磨损严重而又长时间得不到更换，弯管的圆弧部分会磨成一条深槽，深槽会加大焊丝的输送阻力，使送丝不稳而产生咬边。
导电嘴的作用是给连续送进的焊丝传导焊接电流，导电嘴滑块过紧会使焊丝在输送过程中产生颤动，过松则夹持不住焊丝，使导电嘴滑块失去给焊丝导向的作用并且造成导电不良，这都可能造成焊缝咬边的产生。
2）防止措施
①合理控制焊点位置及焊丝倾角和伸长量。从保证熔深和降低焊缝余高的角度出发，一般采用前偏移15～20mm的焊点位置施焊，偏移量过大会使焊道表面粗糙，产生咬边。焊丝的伸长量以20～25mm为佳，过大的伸长量会导致导电嘴离焊点过远、施焊过程中焊丝产生摆动而产生连续咬边。
②选用性能优良的焊机。在焊机选型时应选用特性稳定的焊机，要求电流、电压调整特性好，抗干扰能力强，适用于连续生产作业。焊机操作箱内各元器件参数、性能稳定，耐用。焊机的主机与操作箱配套性要好。
③保证送丝设备的正常运行。经常观察送丝有没有打滑现象，如果有打滑应更换送丝轮；经常用手触摸减速机部位感觉其振动和温度，如果振动较大或温度过高应更换减速机或送丝电机。焊丝在送丝弯管中所受到的阻力即使一般情况下也是比较大的，因此焊丝对它的磨损也最大，最好定期更换。新换的弯管必须使直管和圆弧部分平滑过渡，尽量减小送丝阻力。
④定期检查、更换导电嘴。导电嘴和送丝弯管一样也须做到定期更换。导电嘴滑块上的焊丝导槽要和焊丝直径一样大，滑块螺钉必须上紧，使滑块焊丝导槽内表面紧贴焊丝外表面以保持其导电性能。滑块要定期检查，发现焊丝导槽磨损严重时必须及时更换。
管极电渣焊具有焊接效率高，坡口边缘要求不严格，多数情况下不需要预热等诸多优点。武钢2号高炉热风炉、1号高炉热风炉立焊缝均采用管极电渣焊（图2.28），电渣焊焊机为DZ5-1250，采用平特性匹配等速送丝。
图2.28 管极电渣焊示意图
平特性电源焊接电压一旦选定，就保持恒定，焊接电压与一定的潜入弧长相对应。而焊接电流随着弧长的伸长或缩短而减小或增加，以保持潜入弧长稳定。电流值的波动正是等速送丝自动焊自身调节功能的体现。管极电渣焊时，用水冷结晶盒强制成形。在水冷结晶盒之间存在一冷却“死区”，焊接至该处时，温度会骤然升高，焊丝熔化速度加快，潜入弧长会增加。由于等速送丝的自动调节作用，电流会自然减小，熔化速度减慢，使潜入弧长恢复至原来长度。施焊过程中如出现这种情况，若将已经减小的电流盲目地调高，会破坏焊接平衡，造成未熔合。
电渣施焊过程中出现未熔合缺陷，会影响工程整体质量。出现未熔合时，母材没有熔化，它与焊缝之间形成一定缝隙，内部夹有熔渣，在焊缝表面用肉眼即可发现。造成未熔合的原因主要有参数选择不合适、渣池不稳定、操作不当等。减少或防止未熔合的措施如下。
1）焊接电流（送丝速度） 电渣焊是利用电流流经高温熔渣产生的电阻热为热源。若焊接电流过小，热量不足，母材不能熔化，可能导致未熔合［图2.29（a）］；但是，若焊接电流过大，致使温度过高，又会使管状焊丝表面药皮熔融而失去绝缘性，在熔池电磁力的作用下，焊丝与母材接触，造成短路，从而破坏了渣池的稳定性，导致未熔合。根据经验归纳出的焊接电流关系式为 I =（5～7） F t ，式中 F t 为管极横截面积（mm 2 ）。
图2.29 熔池宽度与焊接参数之间的关系
2）焊接电压 随焊接电压的增大，渣池内析出的功率增大，熔宽增加［图2.29（b）］。因此，适当增加电压，可以防止出现未熔合。但电压过高，会破坏焊接过程的稳定性，甚至在渣池的表面产生明弧，造成未熔合。合理的焊接电压范围为38～55V。
3）渣池深度 渣池的深度对熔池的宽度影响比较大。随着渣池深度的增大，金属熔池宽度缩小［图2.29（c）］，因此渣池过深，易造成未熔合；但渣池过浅，会产生明弧，破坏焊接过程的稳定性，也易出现未熔合。渣池深度以35～55mm为宜。
4）间隙宽度 装配间隙宽度增大，金属熔池深度基本不变，而熔池宽度增大［图2.29（d）］。其他参数不变时，增加装配间隙宽度会使热输入增大。间隙宽度一般为25～40mm。间隙宽度过小，管极易与工件打弧，造成未熔合。
焊剂一方面参与熔池的冶金反应，补充合金元素；另一方面在通电时产生电阻热，为焊接提供热源。随着焊接的持续进行，焊剂不断地消耗，因此要经常向渣池补充焊剂，以保持渣池的稳定。
若焊剂的加入量过少，使渣池过浅，会出现明弧放电现象。放电可发生在焊丝与熔渣之间，也可发生在焊丝与母材之间，取决于何种方式容易放电。当管状焊丝的直线度不高时，熔渣的电导率较低，或电磁力造成管状焊丝摆动，可能会出现焊丝与母材之间明弧放电，使热量转移而导致未熔合。若焊剂的加入量过多，使渣池过深，则热量不够集中且散热加快，从而降低熔池的温度，造成热量不足，而产生未熔合。
为了使电渣焊过程稳定，渣池深度应控制在35～55mm。渣池稳定后，焊剂的补充应以保持渣池的稳定为原则，要少量多次添加。这样既能保证渣池深度稳定，又可避免因一次加入焊剂过多而造成渣池温度的骤然降低。现场施焊时可根据经验听渣池的声音来判断：清脆的沸腾声为正常，无声或有猛烈的爆破声为焊剂过多或过少。
电渣焊施焊过程中，有时会因焊丝不足、焊丝打结等意外情况而出现中途熄弧。若采用传统做法，即卸下结晶盒，清理渣池，更换管状焊丝，再装上结晶盒后重新引弧，会使劳动量成倍增加。且由于停焊时间长，熔池温度已降至室温，引弧后接头处经常会出现未熔合，只能用焊条电弧焊补焊，焊接质量难以保证。如果处理及时，中途熄弧可以得到很好地解决。方法是当焊丝快用完时，或当焊丝打结被卡住时，按控制盒上“退丝”键，使焊丝退出，迅速装入新的焊丝；或用虎钳剪去结点，将不可用焊丝头退出，再装上新焊丝，按“启动”键重新引弧。这时由于渣池及熔池并未冷却至过低温度，引弧后，只需较小的热输入便恢复至熔融状态，因而不会出现未熔合。
图2.30 油缸结构示意图
75t推土机的缸盖（材质为RZG45）与缸体（45钢）环缝以自动CO 2 焊焊接而成，如图2.30所示。在按要求进行试压过程中（压力为15MPa），因焊缝中的严重未熔合缺陷，而使缸盖脱落。
按照原焊接工艺（表2.6）重新施焊，并保证焊丝对正角接缝进行试验分析，发现造成未熔合的主要原因如下。
表2.6 缸盖与缸体的CO 2 焊工艺参数
①由于焊接电流过小或网压波动的影响而导致电流下降，造成电弧的热量不足。
②焊枪角度不正确，而使热量分配偏向一侧。
③气体压力过大，对熔池起到冷却作用，同时由于气体吹敷作用，使液态金属向缸盖一侧流动，依附缸盖边缘冷却成形。
①为弥补网压波动而调整工艺参数。在原拟定的工艺参数基础上改变焊接电流与电弧电压，使其分别为210～230A和24～25V。
②使焊丝与缸体间角度为60°～70°，对正角接缝。
③将缸体上的2mm×45°倒角加大，改为4mm×45°倒角，以保证焊透。
④加强对操作人员的培训，要求认真观察焊缝熔合的情况，出现问题及时解决。
⑤按ISO 9002对特种工艺的要求认真执行过程参数首检、巡检，以实现对过程参数的连续监控。
在实施改进措施后，油缸在试验台上试压15MPa并保压1min后，没有发生渗漏现象。经焊缝横断面宏观全面检查，表明在各焊脚位置均无未熔合现象，满足了有关技术要求。
管状焊接件垂直固定CO 2 实芯焊丝焊接时，焊层之间下坡口处产生未熔合缺陷是普遍存在的问题，解决CO 2 垂直固定焊未熔合问题是值得关注的。
以规格
159mm×8mm的20钢管垂直固定焊接位置为例。试件坡口角度为25°±1°，采用直径1.2mm的ER50-6实芯焊丝CO
2
气体保护焊，分两层焊接，每层单道焊接。试件组对形式和焊接顺序如图2.31所示。焊接过程中，在第2层焊道与第1层焊道（根部焊道）之间下坡口处容易产生侧壁未熔合缺陷，如图2.32所示。
图2.31 试件组对形式和焊接顺序
图2.32 易产生未熔合缺陷的位置
产生未熔合的主要原因：第1层打底焊时，熔池熔融金属受重力作用下坠，加上电弧吹力受坡口阻碍形成的反作用力，铁水粘连到下坡口表面形成未熔合；第2层盖面焊时，有些操作者由于担心焊道上缘出现咬边，操作时使焊丝与下坡口面的夹角过小，造成熔池下方熔深过浅，下坡口处焊缝出现未熔合。
1）焊前准备 选用NBC-400型气体保护焊机，直径为1.2mm实芯焊丝，焊接工艺参数见表2.7。
表2.7 钢管CO 2 垂直固定焊的工艺参数
焊接设备通电，CO 2 减压器预热，检查气路是否畅通。在试验焊接电流板上试焊，调整参数并检查是否有气孔。
试件组对时，把上、下坡口外缘1/3厚度打磨成30°坡口，坡口内缘角度仍为25°，然后用砂轮机将坡口内外10～15mm处打磨出金属光泽，钝边为0～0.5mm。用直径为2.5mm焊丝或焊条垫夹在两试件之间，形成2.5mm对口间隙。将管口三等分，用85～100A的焊接电流，分别点焊约25mm。最后用砂轮机把焊点两头打磨出缓坡，把焊件放在焊接胎具上，坡口上方高度不得超过1.2mm。
2）操作要点 按表2.7调整好焊接参数，为避免焊丝与坡口内表面形成尖锐夹角，焊丝垂直方向倾角为0°～10°［图2.33（a）］，焊丝水平方向倾角为85°～90°［图2.33（b）］。
图2.33 焊丝垂直和水平方向的倾角
从某一点焊处起焊，用双手托住焊枪的1/3处作为轴心，上下摆动，焊接至第2点焊处继续而不停弧。为了防止产生缩孔，当熔池接触第3点焊处时开始收弧，熔池逐渐变窄，变为原熔池宽度约1/2时停弧，收弧长度为10～15mm。用尖铲将第1～3点焊处修成缓坡形，尽量使第1点起弧处和第3点收弧处清理深一些，以便接头和收弧，在最后收弧处停顿快速补焊一点，以防出现缩孔。
第1层打底焊缝厚度为焊缝总厚度的4/5。打底焊完毕，用高速钢宽锯条将焊道上下熔合线清理干净，然后调整参数开始盖面层焊接，焊丝角度及摆动轴心同上。焊接过程中，始终要注意熔池与坡口两边熔合好，焊接至焊缝约2/3处停弧，将起弧处和收弧处用尖铲修成缓坡形，尽量处理得深一些，以便接头和收弧。在最后收弧处稍作停顿快速填满弧坑，以防收弧处出现咬边现象。
按照以上焊接参数和操作要点进行焊接，
159mm×8mm的20钢管CO
2
气体保护焊垂直固定位置焊接试件经过检查，未发现未熔合现象。增大焊接电流和电弧电压，减慢冷却速度，调整纵向和横向焊丝角度，增大坡口外缘角度，可以避免管状焊件CO
2
焊垂直固定焊接位置出现未熔合缺陷。
采油厂使用的加热炉是油田地面建设所特有的专用容器，其内置的油盘管一般用规格为
114mm×6mm的无缝钢管和
114mm×6mm的180°弯头，或
159mm×6mm的无缝钢管和
159mm×6mm的180°弯头组焊而成。
在焊接施工中，先由单根油管和单个弯头组对一道焊口形成单根带弯头的油管，如图2.34所示。焊前，将全部
图2.34 弯头与油管组对示意图
油管与弯头用钨极氩弧焊进行定位焊，放在支架上，然后进行钨极氩弧焊封底，最后进行焊条电弧焊盖面。待焊缝全部焊完后，先进行外观检查，合格后再经X射线检测，但在底片上显示有根部未焊透缺陷。
油管与弯头接头产生未焊透的原因是多方面的。当焊工技能、焊接工艺参数等满足焊接要求时，产生缺陷的原因有如下两个方面。
①弯头与油管壁厚不等引起的错边。生产中所需180°弯头均是外购，由于采购运输和其他原因，往往造成弯头到货不及时或规格不全。但由于生产急需，只好通过技术变更，改用与油管外径相同的厚壁弯头代替。另外弯头压制时易造成椭圆或壁厚不均匀等现象。这样就形成了油管与弯头不等厚并且是整圈焊口都是内错口，采用钨极氩弧焊封底时，会导致单侧未焊透现象。
②组对间隙不一致。由于受设备、生产条件的限制，坡口制备时油管常用手工气割开坡口，易造成坡口钝边厚度不均匀和管口面参差不齐。再加上有的弯头角度不够180°，组对时会使间隙大小不一致。焊接过程中因加热的作用，间隙小的部分会缩小，甚至为零，如果遇到钝边厚的地方就容易产生未焊透。
①每根油管组对前，对火焰切割过的坡口用角向磨光机仔细打磨坡口面，使钝边厚度一致，并控制在0.5mm左右，认真校验焊口齐平情况。对弯头焊口的椭圆处采用火焰矫正式机械方法矫形；对外购弯头逐个用直角弯尺卡量是否够角度，如有不合格的可用气割修理或更换角度合适的弯头后再组对。
②严格控制各道焊口组对时的最小间隙和最大间隙，使其组对间隙能够满足焊接质量要求，最大组对间隙不超过4mm。施焊时，先焊间隙较小的部分，后焊间隙大的部分，这样就能避免产生未焊透，还有助于减小焊接应力和变形。
③对于每道焊口间隙过小的部分，不易保证焊接质量时，可使用端部为铅笔状尖锐的钨极施焊，使电弧集中，适当增加焊接电流使熔深增大；或接着在间隙小的那段再熔焊一遍的方法施焊，易于使焊缝根部焊透。
④改变焊枪角度，使电弧热量集中在弯头侧坡口根部，等到钝边完全熔化后，再斜向朝油管侧坡口根部移动焊枪，并呈斜锯齿状摆动。
焊接过程中，填充焊丝以往复运动方式间断送入靠近油管侧熔池前方，呈滴状加入。焊丝送进要有规律，要在电弧摆到油管侧时及时送进，间隙大的地方焊丝要与焊枪同步摆动，才能保持良好的状态。
通过对加热炉油管与弯头接头未焊透原因的分析，及时采取了加强焊前装配质量，改变封底焊的操作工艺等措施后，焊接接头的质量大大提高，X射线检测合格率达到了100%。
舱体是航空导弹弹体中的重要受力焊接结构件。为了减轻重量，增加射程，导弹舱体一般采用具有较高比强度的TC4钛合金制造。它一般由前接头、壳体圆筒和后接头通过两条自动钨极氩弧焊圆周焊缝连接为一个整体，其典型结构如图2.35所示。
图2.35 钛合金舱体焊接结构示意
为了提高装配精度、防止焊缝两侧错位、保证尺寸要求，前、后接头和壳体圆筒之间采用插接即锁底结构，其插接宽度为4mm，锁底厚度为1.5mm。按此结构对某型号导弹舱体进行焊接，焊接结构件虽然通过了例行试验，但在残骸上却出现了焊缝断裂现象，其位置是沿后接头圆周焊缝中部开裂，长度大于1/2焊缝的长度。
从焊缝断裂处可以看出，壳体圆筒的插接端面根部保持完好，完全没有熔化，是典型的未焊透缺陷。对该批舱体的其他零件进行的探伤复验表明，相当一部分舱体的圆周焊缝存在不同程度的未焊透缺陷，有的贯穿于整个圆周长度，严重地影响了产品的焊接质量及舱体的承载能力。
根据有关技术要求，未焊透和裂纹、未熔合缺陷是焊接接头中最危险的三种缺陷，在任何航空产品和Ⅰ、Ⅱ级焊缝中是不允许存在的，应予以彻底消除。
为了查清钛合金舱体圆周焊缝产生未焊透缺陷的原因，对接头进行了工艺性试验。试验所用的材料、接缝的尺寸与结构和实际产品完全相同，试验时在接缝两侧各开有0.5mm×45°的坡口，采用自动钨极氩弧焊进行焊接。所用设备为美国Jetline公司生产的CWL-108型圆周氩弧焊机，焊丝牌号为TC3，直径为1.2mm，焊接时钨极与接缝对中。舱体圆周焊缝的工艺参数见表2.8。
表2.8 舱体圆周焊缝的工艺参数
试验时所用的钛合金壳体圆筒试件的长度为100mm，前、后接头试件的长度各为30mm，分成两组，焊接电流分别为78A、89A。试验时发现，两组试件的焊接熔池均严重地偏向壳体圆筒一侧，与焊接圆筒母线对接焊缝时的钨极左右对称形成了明显的区别，如图2.36所示。
图2.36 焊缝外观特征对比
随后对两组焊接试件的圆周焊缝进行X射线检测，结果表明，它们均存在不同程度的未焊透缺陷，其中序号1的未焊透长度贯穿于整个圆周，序号2的未焊透长度占到整个圆周长度的3/4。焊缝中均存在不同程度的熔合区气孔，但未超出有关技术要求，焊缝气孔属于合格的缺欠范围。
为了查明未焊透缺陷产生的原因，根据X射线检测的结果，在依两组参数所焊出的圆周焊缝的未焊透部位进行剖面金相检验，结果如图2.37所示。可以看出，无论是采用小电流，还是大电流，熔敷金属都严重地偏向壳体圆筒一侧。试验时还发现，为了消除未焊透缺陷而增大电流，以至于将壳体圆筒烧穿时，接头的插接端面根部仍保持完好，没有完全熔化，因而造成根部未焊透缺陷。
图2.37 未焊透缺陷示意图
通过对试验现象的观察和对试验结果的分析，认为这是由于前、后接头和壳体圆筒的热容不平衡，两者相差过于悬殊造成的。前、后接头筒壁厚，热容大，又有夹具传热，而壳体圆筒筒壁薄，热容小。给予相同的热输入量，壳体圆筒的温度迅速上升，而前、后接头却升温慢、温度低，锁底处未达到熔化温度，从而造成未焊透缺陷。
1）改变前、后接头的接缝形式和热源输入位置 焊接接头的接缝形式是指焊前待焊处的几何形状与尺寸。焊缝两侧的热容不平衡和内插接锁底结构是造成根部未焊透的主要原因。经试验验证，提出了如下三项改进措施。
①改变接缝形式。接缝几何形状及尺寸改变前、后的比较如图2.38所示。为了保证接缝处焊透，把原来的接缝两侧各开0.5mm×45°的坡口，改为前、后接头一侧开2.0mm×30°的坡口，壳体圆筒一侧开1.2mm×45°的坡口。为了减小锁底结构对热容的影响而又不至于丧失定位功能，将其1.5mm×4.0mm的尺寸改为1mm×0.7mm。
图2.38 接缝的几何形状及尺寸改变前、后的比较
②改变热源输入位置。由于改变后的接缝形式仍然是插接锁底结构，接缝两侧的热输入和热传导没有得到根本改变，焊接时熔池仍会偏向壳体圆筒一侧。为了加大对前、后接头的热量输入，焊枪钨极不是对中接缝而是应偏向前、后接头1.5～2.0mm。
③选用合适的焊接参数。根据改变后的接缝形式和热源输入位置，重新改进的焊接工艺参数见表2.9。
表2.9 舱体圆周焊缝改进的焊接工艺参数
此外，前、后接头与壳体圆筒之间的配合间隙不大于0.3mm，如图2.39所示。
2）采用整体填料方法 在前、后接头的待焊处，用机械加工的方法加工出一个凸台止口，该凸台在焊接过程中，既用于壳体圆筒的定位，同时又作为填料使用，代替了焊丝。接头形式如图2.40所示。装配时，将壳体圆筒的待焊端装入凸台止口内。焊接时，焊枪钨极对准整体填料接头的合适位置，使其熔化形成焊缝。
采用这种方法不但彻底消除了未焊透缺陷，并部分消除了热量不平衡带来的不利影响；同时，由于凸台充当填料，在焊接过程中不需外加焊丝，且操作方便、成形均匀，避免了因送丝对焊接质量的影响。由于填料和基体成分完成相同，焊接冶金缺陷相对较少。
3）采用真空电子束焊 真空电子束焊具有能量密度高、穿透能力强、热量输入迅速等特点，焊接时能够形成深而窄的穿透焊缝。故接缝两侧的热量不平衡和内插接锁底结构对其焊接质量不会构成影响，不会产生未焊透缺陷。这已在某小型导弹发动机壳体的焊接中得到了证实。但其缺点是成本高、效率低，而且接头与壳体圆筒之间的配合精度要求高，原因是电子束焊方法不能进行填丝焊接。
图2.39 前、后接头与壳体圆筒之间的配合间隙
图2.40 整体填料接头形式示意图