摘要：通过试验对港口机械手工电弧焊、药芯焊丝气保焊以及埋弧焊等常用焊接方法的焊接材料利用率 进行统计和分析，得出各焊接位置不同规格焊接材料利用率数值规律。将统计结果与传统工程推荐数值 进行比较，表明工程所推荐的焊接材料利用率偏小。提出通过加强焊材定额管理、减少人为浪费等途径，可有效提高焊材利用率、降低成本。

1 前言

目前我国港口机械焊接的主要方法有手工电弧焊、药芯焊丝气保焊以及埋弧焊。对于这三种主要焊接方式，其所用焊接材料的定额计算一直没有比较合适的计算模型或公式。以往的焊材定额计算一般或套用手工电焊条用量计算公式，或结合常规产品经验按比例或定值计算，或实行整个结构承包制，将焊材费用包含在结构制作费里。由于这些方法缺乏科学的理论计算依据，并且每一位设计人员的工程经验不同，现行定额跟不上最新发展趋势，焊材的用量指标千差万别[1]，在港口机械设计中极易造成焊材用量计算不准确，导致焊材定额管理不善，形成诸如人为浪费等现象。因此，对港口机械焊接材料定额计算有必要进行详细试验研究。

本文主要针对港口机械中手工电弧焊、药芯焊丝气保焊以及埋弧焊的焊材定额进行焊接试验研究，

分别计算出各个焊接位置不同规格的焊条、药芯焊丝以及埋弧焊丝到焊缝金属的转化利用率，与目前工

程推荐的焊材利用率数值进行比较，以期优化和完善焊材定额方法。

2 试验研究

2.1 焊材定额一般计算方法

对于港口机械的一般焊接件，焊缝按照结合形式不同可分为对接焊缝和角接焊缝，按照空间焊接位 置不同分为平焊（1G/F）、横焊（2G/F）、立焊（3G/F）、仰焊（4G/F）。工程中计算焊缝金属重量时，通

常以焊条为基准，首先确定焊缝截面积，乘以焊缝长度，得到焊缝体积，然后乘以由一系列比例因子组 成的转熔系数，得到焊条焊缝金属重量，后根据实际情况折算成二氧焊丝、埋弧焊丝。计算公式[2]如下：

G 条=ALρ(1+Kb)/(1000Kn) 公式中：

G 条——焊条重量，kg；

A——焊缝熔敷截面积，mm2；

L——焊缝长度，m；

ρ——熔敷金属密度，g/cm3；

Kb——药皮的重量系数，取 0.3——0.4；

Kn——金属由焊条到焊缝的转熔系数，包括烧损、飞溅和未利用的焊条头损失，取 0.75——0.8。

由公式可以看出，对焊材定额的理论计算，主要需保证焊缝熔敷截面积以及由药皮重量系数、焊材转熔系数等计算而成的焊材利用率数值的准确性。焊缝截面积一般可通过现场实际测量的数据进行绘图，通过经验及模拟得出[3]。而就定额公式来看，对焊材利用率的计算过程较为复杂，并且计算结果不甚相同，目前工程推荐的焊条利用率约为 50%——60%，药芯焊丝利用率为 70%——80%，埋弧焊丝利用率为95%——98%[4]。而通过调研发现，实际生产中的焊材定额量一般都较宽松，少有补料现象，因此焊材利用率数值有必要进行试验验证。

2.2 试验材料

试验所用试板为港口机械常规钢板 Q345。

所用焊接材料均为常用型号，其规格如表 1 所示。分别进行不同位置的对接焊及角接焊试验，采用电子秤进行称重并进行记录。

2.3 试验流程

试验采用如图 1 所示流程，包括材料准备、焊前称重、施焊、焊后称重以及实验数据整理五部分。将焊条、焊剂等按标准要求进行烘培，拼装对接焊、角接焊试板并将待焊试板打磨干净；焊前分别对焊材、焊剂和试板进行称重；施焊过程中要随时观察焊接电流、电压，并做好记录，以保证焊接在正常焊接参数范围内进行，注意焊条头、焊渣等不要随意丢弃，方便焊后收集及称重；焊接完成后，待试板、 焊渣等冷却，分别对焊后焊材、焊剂、试板、焊渣以及焊条头等称重，并记录；整个焊接试验完成后对 试验数据进行整理，计算出各个位置不同规格焊材利用率数值，并作图表进行分析。

3 结果及分析

3.1 手工电弧焊结果分析

手工电弧焊作为传统的焊接方法，目前主要应用于港口机械定位、装配及特殊构件焊接等方面，相对用量较少。焊条利用率计算结果如表 2 所示，焊条的焊接损失包括燃烧、飞溅、焊渣及剩余焊条头，试验过程中对焊条头进行测量，结合表中数据，剩余焊条头长度一般在 4-7mm 之间，约占焊条重量的8%——11%，焊条的利用率在 57%——67%之间，其余为燃烧、飞溅及焊渣，并且由图 2、图 3 焊条利用率柱状图，可以清晰的看到，无论是对接焊还是角接焊，其各焊接位置焊条利用率均随直径的增大均有所增加。

3.2 药芯焊丝气保焊结果分析

药芯焊丝气保焊因其高效率、优性能的特点，现已逐渐取代手工电弧焊而成为常规板材的主流焊接方法，目前港口机械焊接中打底、填充、盖面均可通过药芯焊丝气保焊来实现。表 3 为药芯焊丝利用率计算结果，由表中数据显示，药芯焊丝焊接利用率变化区间较小，其在 83%——88%之间，但由图 4、图 5柱状图可以发现，各焊接位置药芯焊丝利用率有明显规律，具体为：立焊＞横焊＞平焊＞仰焊，并且采用药芯焊丝焊接角接焊利用率普遍比对接焊高。

3.3 埋弧焊结果分析

埋弧焊一般为平焊位置作业，主要应用于厚板的填充及盖面，用量较大。表 4 为分别采用烧结焊剂组合 A 及熔炼焊剂组合 B 试验的埋弧焊丝利用率计算结果，图 6 为对应柱状图，埋弧焊丝由于焊剂的保护作用，几乎无飞溅或焊渣，焊丝利用率较高，稳定在 95%——97%之间。

表5为埋弧焊剂用量与埋弧焊丝的比值，试验中对应埋弧焊剂消耗量与焊丝的消耗量成一定的比例关系，由表中数据显示，主要起焊接保护作用的焊剂消耗量约为焊丝消耗量的 1.5 倍。

4 分析和总结

对比当前焊材使用情况，焊条主要用在定位、装配及特殊构件焊接等方面，相对用量较少，药芯焊丝则用的较广泛，若以焊条为基准计算，再折算成药芯焊丝、埋弧焊丝将会加大工作量，因此在计算焊材定额时，建议以药芯焊丝为基准，再折算成焊条及埋弧焊丝，以期最大限度减少产品焊材消耗，提高工作效率。

通过进行焊材定额试验统计及分析，可得如下结论：

（1）焊条利用率均随直径增大略有增加；药芯焊丝利用率不同焊接位置有明显规律，具体为立焊＞横焊＞平焊＞仰焊，并且角焊利用率高于对接焊。

（2）焊条、药芯焊丝及埋弧焊丝利用率分别为 57%——67%、83%——88%、95%——97%，而工程应用焊材利用率数值（50%——60%，70%——80%，95%——98%）整体偏小。

（3）焊条、药芯焊丝及埋弧焊平均利用率分别为 62.2%、85.9%及 95.9%，以药芯焊丝为基准，折算成焊条、埋弧焊丝，其比值为焊条：药芯焊丝：埋弧焊丝＝1.381：1：0.896。

另外，由试验数据可以看出，加强焊材定额管理、减少人为浪费等途径，对提高焊材利用率、降低成 本很有帮助。

参考文献

[1]张振永. 油气管道焊接材料设计用量计算[J]. 油气储运, 2004, 23(7):38-41.

[2]王良栋，徐初雄.电焊工技术.机械工业出版社（北京），2001.

[3]熊腊森, 李绍武, N.R.Braton. 焊缝几何形状的预测和选择[C]. //全国焊接学术会议. 1986.

[4]宦凌, 姚晴里, 张淑萍. 焊接材料消耗定额的计算和分析[J]. 电站辅机, 2004, 25(3):43-47.