中厚板焊接坡口優(yōu)化及推廣

白 斌,楊尚志

（酒鋼集團(tuán)酒泉天成風(fēng)電設(shè)備有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

中厚板焊接坡口優(yōu)化及推廣

白 斌,楊尚志

（酒鋼集團(tuán)酒泉天成風(fēng)電設(shè)備有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

常見(jiàn)的中厚板焊接時(shí)，為確保熔透焊縫焊接質(zhì)量，一般采用正面切割V型或Y型坡口，反面用碳弧氣刨進(jìn)行背面清根，切割V型坡口時(shí)，一方面對(duì)焊接工作量增加，焊材消耗量也較大。另一方面也會(huì)增加作業(yè)時(shí)間，降低勞動(dòng)工作效率。本文主要通過(guò)中厚板焊接坡口優(yōu)化為二次火焰切割坡口，實(shí)現(xiàn)節(jié)約焊接材料，提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，并向操作者進(jìn)行推廣應(yīng)用。

熔透焊縫；二次火焰切割坡口；推廣應(yīng)用

中厚板（t≥30mm)焊接之前，采用常規(guī)工藝思路：正面切割V型或Y型坡口，采用焊材熔敷金屬進(jìn)行填充，背側(cè)采用碳弧氣刨進(jìn)行清根，打磨金屬光澤，再進(jìn)行焊接，以確保實(shí)現(xiàn)熔透性焊縫質(zhì)量。這類(lèi)傳統(tǒng)的工藝具有勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率較低。為了保證熔透性焊縫質(zhì)量情況下，充分利用現(xiàn)有的焊接資源條件，實(shí)現(xiàn)高效率，優(yōu)化焊接工藝坡口，減少人、材、機(jī)的浪費(fèi)。面對(duì)當(dāng)前制造行業(yè)困境形式，落實(shí)降本增效已成為當(dāng)今制造企業(yè)長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)基本義務(wù)。

本文主要通過(guò)試驗(yàn)方法和結(jié)合鉚焊件生產(chǎn)制作的實(shí)際情況，改進(jìn)焊接V型坡口為二次火焰切割坡口，減少焊材熔敷金屬填充，達(dá)到降本增效，改善操作者勞動(dòng)強(qiáng)度和縮短工作時(shí)間的目的。

1 模型法

1.1 模型基本概況

材料選擇采用低碳合金鋼焊接試板進(jìn)行，材質(zhì)為Q345D，以厚度為30mm為例，切割各四塊，規(guī)格為：350×200；焊材采用CO2氣保焊絲ER50-6(直徑Φ1.6mm），試板分2組進(jìn)行，均為對(duì)接焊縫，1組切割單面V型坡口（編號(hào)為A-1和A-2，如圖1所示）[1]，另外1組進(jìn)行二次火焰切割單面坡口 （編號(hào)為B-1和B-2,如圖2所示）[2]。

1.2 坡口切割

坡口是指焊件的待焊部位加工并裝配成的一定幾何形狀的溝槽。根據(jù)需要，有X型坡口，V型坡口，U型坡口等，但大多要求保留一定的鈍邊。焊接坡口的選擇需要遵循的原則：1)盡量減少焊縫金屬的熔敷量，提高生產(chǎn)率;2)應(yīng)保證熔透(焊透)和避免產(chǎn)生根部裂紋;3)坡口加工方便，有利于焊接操作; 4)盡量減少工件的焊后變形。

根據(jù)坡口切割的原則，我們?cè)O(shè)想在當(dāng)前實(shí)際焊接坡口切割的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，在保證以上原則和焊縫熔合比[3]（所謂焊縫熔合比：焊接領(lǐng)域中，是指熔焊時(shí)，被熔化的母材在焊道金屬中所占的體積百分比。熔合比也可以以焊道金屬中母材金屬熔化的橫截面積SB與整個(gè)焊道橫截面積SA+SB之比值來(lái)計(jì)算，即：熔合比=SB/（SA+SB））適當(dāng)?shù)那闆r下，對(duì)焊接坡口面進(jìn)行調(diào)整角度，現(xiàn)將V型坡口與二次火焰切割坡口進(jìn)行對(duì)照。

我們?cè)O(shè)想對(duì)兩組試板進(jìn)行坡口切割，一組試板（編號(hào)A-1和A-2,如圖1所示）切割單面坡口，坡口角度規(guī)定為22°，鈍邊2mm。另一組試板（編號(hào)B-1和B-2，如圖2所示）采用二次火焰切割單面坡口，一次火焰切割坡口角度規(guī)定為21°，二次火焰切割坡口角度設(shè)想規(guī)定為17°（實(shí)際根據(jù)CO2氣保焊槍保護(hù)套直徑確定），鈍邊2mm。清除干凈坡口面及坡口兩側(cè)30mm范圍內(nèi)氧化皮，并打磨至露出金屬光澤。

圖1 試板示意圖

圖2 試板熔切割坡口

1.3 組裝

試板坡口尺寸切割符合要求后，組裝時(shí)應(yīng)鈍邊對(duì)稱(chēng)，間隙不超過(guò)1.5mm.嚴(yán)格控制對(duì)裝出現(xiàn)錯(cuò)邊超標(biāo)或夾渣，未焊透等缺陷。詳見(jiàn)如圖3，圖4所示。

圖3 A對(duì)裝試板

圖4 B對(duì)裝試板

1.4 焊接

焊接過(guò)程中，記錄焊材及CO2氣體消耗及工作時(shí)間。試焊編號(hào)A-1與A-2焊接順序?yàn)椋赫娌捎脷獗：甫?.2焊絲打底，Φ1.6正面填充坡口一半，翻轉(zhuǎn)試板背面采用碳弧氣保進(jìn)行清根，清根過(guò)程不計(jì)清根時(shí)間和碳棒數(shù)量，清根完畢后，打磨至金屬光澤，再采用氣保焊焊滿(mǎn)。最后再次對(duì)試板翻轉(zhuǎn)，采用氣保焊焊完剩余焊縫，如圖5所示。

圖5 A焊接試板

試板編號(hào)B-1和B-2焊接順序與A試板皆相同。如圖6所示。

圖6 B焊接試板

整個(gè)焊接試驗(yàn)過(guò)程，焊接電流和電壓及焊接速度是相同的，需要詳細(xì)記錄每塊焊接試板焊接材料的用量。試驗(yàn)電流，電壓及焊接速度分別規(guī)定為：22V，180A，26cm/min[4].焊縫質(zhì)量，CO2氣體消耗及焊接工作時(shí)間在本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)不作研究對(duì)象（實(shí)際二次火焰切割的坡口焊接比V型坡口所消耗的CO2氣體用量及工作時(shí)間要少），本次試驗(yàn)按照熔透性焊縫進(jìn)行處理。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 理想化試驗(yàn)圖形法

焊材的用量可以采用示意圖7和示意圖8直觀的進(jìn)行觀察出來(lái)。明顯二次火焰切割坡口（圖8）的焊材用量要比切割的V型坡口（圖7）焊材用量要少的多，并且可以根據(jù)作圖方式將焊縫截面測(cè)算出來(lái)（圖9陰影部分）。

圖7 A試板

圖8 B試板

圖9 節(jié)約焊材用量

2.2 面積測(cè)算法

通過(guò)采用面積測(cè)算30mm全熔透對(duì)接縫，二次火焰切割坡口比切割V型坡口焊接消耗的焊材要減少10%～20%，本次模型試驗(yàn)法采用的試件長(zhǎng)度為350mm,所以如果正式構(gòu)件制作焊接時(shí)，很多構(gòu)件對(duì)接縫長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于350mm，焊縫越長(zhǎng)，節(jié)約的焊材就越多，經(jīng)濟(jì)效益越明顯。

3 中厚板焊接坡口的推廣

中厚板焊接通常運(yùn)用在大型鋼結(jié)構(gòu)，鋼架，機(jī)架及機(jī)座鋼板的對(duì)接縫[5]，基本上都是由人工操作，一般都采用焊接方法CO2氣體保護(hù)焊。結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)設(shè)備實(shí)際狀況，焊接工作量大，勞動(dòng)強(qiáng)度增加。因此，為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，我們可以通過(guò)對(duì)中厚板的坡口進(jìn)行優(yōu)化，改為二次火焰切割坡口，減少坡口角度，減少焊接填充量10%～20%，節(jié)省焊接人工和焊接材料，也可以推廣運(yùn)用在埋弧焊一次成型，焊接外觀美觀。

TU758