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摘要:針對T型厚板零件焊接過程中易產(chǎn)生未熔合、未焊透、裂紋等問題,本文在其焊接工藝性分析的基礎(chǔ)上,提出了焊前預(yù)熱、焊接過程中保溫、采用手工鎢極氬弧焊打底及手工電弧焊堆焊等優(yōu)化措施,并提出要對焊接完成的零件及時去應(yīng)力退火等技術(shù)要求。經(jīng)X光檢測結(jié)果表明,優(yōu)化后的焊縫焊接質(zhì)量良好,未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷,滿足設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞:厚板;焊接;缺陷;工藝優(yōu)化
1.1焊前準(zhǔn)備
為了保證焊后強度并減少焊接缺陷,采用機械加工方式對待焊工件開60°坡口,零件對接端面留1mm厚度。在焊接前采用丙酮或其他有機溶劑清潔坡口并自然晾干。另外焊接時,采用支撐塊支撐在零件下方,確保零件與待焊接面處于同一平面,便于焊接操作。
1.2工藝方法及參數(shù)
1.2.1手工電弧焊接
焊接工序主要分三步:第一步,焊接時在焊縫正下方用電爐盤加熱,溫度至350℃后開始焊接,并保持在250~350℃;第二步,先在一面焊接一道,接著翻轉(zhuǎn)零件在另一面焊接,即采用對稱焊接交替在兩面焊接,減小焊接變形;第三步,每焊一道去除焊渣,并用砂輪磨頭打磨焊縫及其周邊至見到金屬色,接著再進(jìn)行下一道焊接。重復(fù)上述步驟,直至焊接完成,最后去除焊渣。所用焊條為低氫焊條,牌號為HTJ-2,可以有效提高焊縫的抗裂性及力學(xué)性能。鋼芯材料為h18CrMoA,直徑3mm。焊接時對焊條進(jìn)行烘干,烘干溫度420℃,烘干后在100℃保溫下進(jìn)行保溫1h,隨用隨取。焊接電流強度120~160A,焊條運動路徑為直線,以減小焊道寬度,避免氣體或水蒸氣進(jìn)入焊縫。焊接結(jié)束時,焊條要快速重復(fù)引燃2~3次,將弧坑填滿,防止產(chǎn)生弧坑裂紋和縮孔。
1.2.2鎢極氬弧焊+手工電弧焊焊接
焊縫底部熔合后,接著用手工電弧焊堆焊,焊接過程同樣是采用對稱焊接,即先在一面焊接一道焊縫,去除焊渣,并打磨焊縫及其周邊至見到金屬色。再對稱焊接下一道焊縫,重復(fù)以上步驟直至焊接完成,最后去除焊渣,采用焊條及工藝參數(shù)與單一的手工電弧焊相同。
1.2.3去應(yīng)力退火
焊接完成后,立即將焊件放入烘箱中去應(yīng)力退火。退火溫度為400℃,保溫2h后,關(guān)閉電源,待焊件冷卻至室溫后出爐。
1.2.4焊縫檢測
首先利用十倍放大鏡對焊縫表面進(jìn)行宏觀檢查,檢查否存在裂紋;接著利用工業(yè)X光機對焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查,檢查是否存在裂紋、夾雜、氣孔、未熔合、未焊透等缺陷。
2T型零件的焊接工藝檢測結(jié)果及討論
2.1檢測結(jié)果
上述兩種焊接工藝檢驗結(jié)果表明,兩種焊接工藝下的焊件焊縫都不存在裂紋、氣孔、夾雜的缺陷。但采用工藝一,即手工電弧焊焊接的零件,在焊縫中存在未熔合或未焊透的焊接缺陷,且出現(xiàn)在焊縫中間,即第一道焊縫處。而采用工藝二,即鎢極氬弧焊+手工電弧焊焊接,焊縫質(zhì)量良好,不存在未熔合、未焊透的缺陷,滿足設(shè)計需求。
2.2討論
兩種焊接工藝焊接過程均沒有產(chǎn)生熱裂紋,其原因是在焊接前對零件進(jìn)行了預(yù)熱,且焊接過程中一直保持較高的溫度,使該厚壁零件形成了均勻的溫度場,避免了溫度不均勻產(chǎn)生的拉應(yīng)力導(dǎo)致熱裂紋的形成。沒有產(chǎn)生冷裂紋的原因,除了與焊接過程中保持較高的溫度場有關(guān),還與焊后去應(yīng)力退火有關(guān)。采用退火處理避免了焊縫快速冷卻導(dǎo)致的淬硬傾向,同時幫助焊件釋放冷卻內(nèi)部多余的熱應(yīng)力,從而消除了冷裂紋的產(chǎn)生。沒有產(chǎn)生氣孔、夾雜的原因有三點:第一,焊條材料與工藝參數(shù)的選擇正確;第二,對焊條進(jìn)行了烘干,焊接過程加熱保溫,避免焊縫中存在水分,從而消除了氣孔出現(xiàn)的隱患;第三,焊接過程中,每焊完一道焊縫均對焊縫表面進(jìn)行打磨,避免雜質(zhì)進(jìn)入焊縫。采用手工電弧焊工藝,焊接的焊縫中出現(xiàn)未熔合、未焊透,原因是由于坡口對接處僅有2mm,采用該工藝易在焊縫對面形成不均勻焊瘤。由于對接處很薄,打磨太深則容易將焊縫打穿或打磨過薄,這樣當(dāng)焊接另一面時又容易在對面產(chǎn)生焊瘤,多次反復(fù)打磨后易出現(xiàn)打磨不徹底、未熔合、未焊透等缺陷。采用手工鎢極氬弧焊+手工電弧焊工藝焊接時,先用鎢極氬弧焊對焊接處進(jìn)行不加焊料的熔焊,可以避免該問題的產(chǎn)生,確保焊縫第一道金屬完全熔合焊透,從而消除了未熔合、未焊透等隱患。
3結(jié)論
在本文研究的焊接優(yōu)化工藝中,采用手工鎢極氬弧焊打底焊,確保了第一道焊縫中金屬熔合良好,不存在未熔合、未焊透的缺陷;接著用手工電弧焊堆焊,在每焊完一道焊縫后打磨焊縫表面,去除表面氧化層及雜質(zhì);最后對焊件進(jìn)行去應(yīng)力退火。最終經(jīng)X光檢測,結(jié)果表明焊縫質(zhì)量良好,不存在未熔合、未焊透、裂紋等焊接缺陷,達(dá)到了設(shè)計要求。
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作者:孫兵 李杰鋒 單位:南京航空航天大學(xué)無人機研究院
主辦:哈爾濱焊接研究院有限公司(原機械科學(xué)研究院哈爾濱焊接研究所);中國機械工程學(xué)會焊接分會
主辦:中國焊接銷售作網(wǎng);全國電焊機行業(yè)情報網(wǎng);全國焊接輔機具及元器件行業(yè)網(wǎng);成都市機械工程學(xué)會焊接分會;上海市焊接協(xié)會;成都奧力焊研行業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司
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