單面焊雙面成型的焊接工藝試驗

孫 壯

(天津重鋼機(jī)械裝備股份有限公司，天津 300459)

在生產(chǎn)制造中對箱體、法蘭等的焊接需要采用單面焊雙面成型技術(shù)，之前一直使用的是CO2藥芯焊絲氣體保護(hù)焊，但使用這種方法焊接的工件背面熔透性較差且易出現(xiàn)缺陷，返修次數(shù)高。要解決此問題，必須采用新的焊接工藝，以提高焊接產(chǎn)品質(zhì)量。

1 氣體保護(hù)焊焊絲的特點

1.1 藥芯焊絲

屬于渣-氣聯(lián)合保護(hù)。焊接時，焊絲和藥芯受熱熔化，在焊縫表面上覆蓋一層薄薄的熔渣，而且焊絲中的藥粉含有大量有益的合金元素，可以改善焊縫的性能和質(zhì)量，使焊縫成形美觀，焊縫質(zhì)量高，氣孔少，缺點是成本偏高［1］。

1.2 實心焊絲

屬于氣保護(hù)，焊后不需要清渣，焊接效率較高，在等量電流下可以獲得較大熔深。但在使用CO2氣體保護(hù)焊時易產(chǎn)生飛濺，通常在CO2中加入氬氣可減少飛濺量。

2 試驗材料及設(shè)備

2.1 母材及焊材

試驗的母材材質(zhì)為Q345D，根據(jù)等強(qiáng)度匹配及等化學(xué)成分匹配原則，打底焊選擇?1.0 mm 的實心焊絲ER50-6，填充和蓋面焊選擇?1.2 mm的藥芯焊絲E501T-1。母材及兩種焊材的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1 和表2。

2.2 試驗設(shè)備

試驗使用唐山松下型號KR2-500 晶閘管控制CO2/MAG 焊機(jī)，該焊機(jī)可滿足CO2/MAG 短路過渡及射流過渡的電弧動特性工藝要求。試驗時采用直流反接的接線方式，即焊絲接正極。

表1 母材及焊材的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical compositions of base material and welding wires(mass fraction，%)

表2 母材及焊材的力學(xué)性能Table 2 Mechanical properties of base material and welding wires

3 焊接方法及工藝

3.1 焊接試驗操作流程

按照規(guī)范要求準(zhǔn)備焊件→焊接前的準(zhǔn)備→焊機(jī)和焊絲檢查→按規(guī)范調(diào)整焊接參數(shù)→按照正確的焊接順序進(jìn)行焊接→焊縫清理→焊縫的無損檢測→焊縫的力學(xué)性能試驗。

3.2 焊接方法

由于對構(gòu)件采用單面焊雙面成型技術(shù)，因此背部的熔透性是關(guān)鍵，結(jié)合工藝，并根據(jù)焊絲性能選用實心焊絲混合氣體保護(hù)焊進(jìn)行打底焊，這樣可保證根部的熔透性。選用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行填充、蓋面焊，是因為其保護(hù)效果好，不宜產(chǎn)生缺陷，且焊后焊縫成型美觀。

3.3 焊接工藝

3.3.1 焊前準(zhǔn)備

焊前要根據(jù)工藝要求準(zhǔn)備好試件，兩塊試件規(guī)格分別為16 mm×150 mm×300 mm 和16 mm×300 mm×300 mm，其坡口和接頭形式應(yīng)與實際生產(chǎn)要求相符(坡口參數(shù)見表3，接頭形式見圖1)。將坡口處及附近10 mm 范圍內(nèi)的區(qū)域打磨干凈，以防止油污、銹或油漆等污染物在焊接過程中進(jìn)入焊縫內(nèi)。由于Q345D 的碳當(dāng)量很低而且試驗板為中薄板，因此不需要預(yù)熱，但是當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃或試件厚度大于30 mm 時則需預(yù)熱試件至少達(dá)到50℃。

表3 試件坡口形式及參數(shù)Table 3 Shape and parameters of test specimen groove

圖1 試件接頭形式Figure 1 Weld form of test specimen

3.3.2 焊接過程

由于單面焊雙面成型技術(shù)只焊接試件一側(cè)，而單面受熱很容易導(dǎo)致試件變形，因此焊接前要先對試件做反變形處理，然后按照工藝參數(shù)進(jìn)行焊接(工藝參數(shù)見表4)，焊完后室溫下冷卻。焊接試驗采用的是多層多道焊，每焊完一道焊縫要進(jìn)行層間清理焊渣。

4 無損檢測及宏觀試驗

4.1 無損檢測

對焊縫進(jìn)行100% 磁粉檢測，結(jié)果符合EN1291—1998 的缺陷接受等級，測試結(jié)果合格。

對焊縫進(jìn)行100% 超聲檢測，結(jié)果符合EN1712—1994 的缺陷接受等級，測試結(jié)果合格。

4.2 宏觀試驗

參照EN1321—1997 對試板進(jìn)行宏觀試驗，觀察得出焊縫金屬及熱影響區(qū)均無缺陷，且根部焊縫完全熔透，試驗結(jié)果合格。宏觀試樣如圖2所示。

5 結(jié)論

根據(jù)焊接試驗結(jié)果，可以證明采用實心焊絲混合氣體保護(hù)焊進(jìn)行打底焊，藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行填充、蓋面焊的工藝方法可以運用于單面焊雙面成型技術(shù)。該方法具有較好的根部熔透性，焊縫成型美觀、缺陷少。此工藝已經(jīng)在我公司得到了成功應(yīng)用，取得了較好的效果，可以進(jìn)行推廣使用。

表4 焊接工藝參數(shù)Table 4 Welding process parameters

圖2 宏觀試樣Figure 2 Macro specimen

［1］沈雁.CO2氣體保護(hù)焊在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用［J］.資治文摘，2009(5):197.