HG785D薄壁槽形件對(duì)扣焊接工藝

（長(zhǎng)治清華機(jī)械廠，山西 長(zhǎng)治 046012）

0 前言

槽形件對(duì)扣焊接在工程中的應(yīng)用極為廣泛，常見(jiàn)的大梁大多是槽形件對(duì)扣焊接而成。大梁在工程、武器裝備中使用廣泛使用，是主要的承載結(jié)構(gòu)，在后期使用中受到很大應(yīng)力，經(jīng)常出現(xiàn)下?lián)献冃?，在疲勞載荷作用下會(huì)產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，因此在承受較大載荷的結(jié)構(gòu)中對(duì)鋼及其焊縫質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格。HG785D材料為武鋼生產(chǎn)的低合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高，與同強(qiáng)度碳素鋼相比焊接性和綜合性能較好，強(qiáng)度是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鋼Q345的2倍多，在工程及軍工領(lǐng)域中應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢(shì)，目前HG785D鋼板處于推廣階段。在保證強(qiáng)度的前提下為了減輕自重，大量應(yīng)用高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼薄板，但薄板在焊接過(guò)程中存在一些問(wèn)題，比如熔池上撓，焊后變形復(fù)雜、多元化，較長(zhǎng)構(gòu)件的焊接錯(cuò)邊嚴(yán)重，平面度與直線度較難保證，扭曲嚴(yán)重，焊后很難達(dá)到使用要求，同時(shí)HG785D材料為調(diào)質(zhì)鋼，焊后不可以熱校，校形困難，并且沒(méi)有規(guī)范的焊接參數(shù)等，阻礙了HG785D材料的推廣，而槽形件對(duì)扣焊接結(jié)構(gòu)占比很大且具有代表性，因此研究HG785D材料薄臂槽形件對(duì)扣焊接具有重大的實(shí)際意義。

1 HG785D材料及焊接性分析

與同強(qiáng)度的中碳鋼相比，HG785D鋼板焊接性較好，在重要工程領(lǐng)域和軍工行業(yè)應(yīng)用較多，焊接性的好壞取決于材料的化學(xué)成分。HG785D材料的化學(xué)成分如表1所示。

表1 HG785D材料化學(xué)成分%

碳當(dāng)量對(duì)焊接的影響很大，碳當(dāng)量較大的鋼在焊接過(guò)程中會(huì)發(fā)生淬硬傾向，在熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織，甚至冷裂紋。碳當(dāng)量較小時(shí)不會(huì)產(chǎn)生淬硬傾向，通過(guò)計(jì)算可得到HG785D材料最大碳當(dāng)量為

當(dāng)碳當(dāng)量大于0.6%時(shí)，冷裂紋的敏感性較大，需采取預(yù)熱、焊后緩冷等措施防止焊后過(guò)冷產(chǎn)生淬硬裂紋。HG785D鋼板碳當(dāng)量小于0.6%，有一定的淬硬傾向，板厚較小時(shí)可不進(jìn)行預(yù)熱。

根據(jù)化學(xué)成分計(jì)算冷裂紋敏感指數(shù)Pcm為

由式（2）計(jì)算結(jié)果可知，該鋼冷裂紋敏感指數(shù)Pcm＜0.4，且對(duì)冷裂影響較大的合金元素S、P含量很低，說(shuō)明該鋼的冷裂敏感性較小。

根據(jù)化學(xué)成分計(jì)算熱裂紋敏感指數(shù)HCS為

由式（3）計(jì)算結(jié)果可知，熱裂紋敏感指數(shù)HCS小于2。一般認(rèn)為當(dāng)Mn/S＞25時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋，該鋼的Mn/S為120，遠(yuǎn)大于25，說(shuō)明該鋼的熱裂敏感性很小。

綜上所述，該鋼產(chǎn)生焊接冷、熱裂紋的可能性較小，薄板焊接前后無(wú)需進(jìn)行熱處理。

2 試驗(yàn)工藝及方法

將HG785D鋼板折彎成槽形件，規(guī)格6000mm×100 mm×50 mm，板厚t=4 mm，2件。

2.1 焊絲選取

采用與HG785D材料強(qiáng)度、成分相近的SLD-80焊絲，其強(qiáng)度可達(dá)800 MPa，與HG785D材料抗拉強(qiáng)度相近。HG785D材料的力學(xué)性能如表2所示。

表2 HG785D鋼板力學(xué)性能

2.2 焊接工藝

（1）坡口鈍邊的選取。

薄壁梁為重要的承載結(jié)構(gòu)，對(duì)焊縫要求嚴(yán)格，槽形件對(duì)接焊接只能采用單面焊，理想焊縫為單面焊雙面成形。為了保證焊透，鈍邊的選取尤為重要，鈍邊較小會(huì)導(dǎo)致燒穿，較大會(huì)導(dǎo)致焊不透等缺陷。分別采用無(wú)鈍邊、0.5 mm、1 mm、1.5 mm、2 mm 鈍邊進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)鈍邊、0.5 mm、1 mm鈍邊時(shí)均出現(xiàn)不同程度的焊穿，背面成形較差，1.5 mm鈍邊時(shí)焊后的背面成形美觀，無(wú)燒穿現(xiàn)象，2 mm鈍邊時(shí)局部區(qū)域出現(xiàn)未焊透，焊接坡口及鈍邊如圖1所示。

圖1 坡口開(kāi)制

（2）點(diǎn)固焊。

由于鋼板較薄，厚度方向剛性較差，焊接過(guò)程受熱不均勻，溫度梯度較大收縮不一致，導(dǎo)致錯(cuò)邊及波浪變形，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法使用，造成生產(chǎn)浪費(fèi)。因此焊前需對(duì)兩槽形件進(jìn)行點(diǎn)固定焊接，焊點(diǎn)的拘束作用可減小焊接應(yīng)力以及相變引起的變形及錯(cuò)邊，還可以避免槽形件的回彈現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，采用150~200 mm間距點(diǎn)焊，點(diǎn)焊長(zhǎng)度20~30 mm，可有效控制波浪變形、錯(cuò)邊及撓曲變形，點(diǎn)固定采用TIG無(wú)絲焊接，不僅可將鈍邊熔透，而且在打底焊時(shí)無(wú)需清理焊點(diǎn)，避免打磨焊點(diǎn)后，剩余焊點(diǎn)焊縫強(qiáng)度不夠?qū)е虏坌图篱_(kāi)。槽形件點(diǎn)固定焊接如圖2所示。

（3）打底蓋面焊。

圖2 槽形件TIG點(diǎn)固定焊接

打底焊是最關(guān)鍵的一道焊縫，打底焊經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)未焊透、燒穿、焊道不平整、焊根咬邊等缺陷，影響后續(xù)填充蓋面焊接。采用TIG鎢級(jí)氬弧不填絲焊接，易控制熱量，既防止燒穿又能有效熔透鈍邊。TIG打底實(shí)物如圖3所示，焊道整齊，焊縫熔合均勻成形較好，為后續(xù)填充焊打下良好基礎(chǔ)。蓋面采用混合氣體保護(hù)焊接[φ（20%）CO2+φ（80%）Ar]，焊縫表面成形平整光滑，無(wú)咬邊、焊瘤、氣孔等缺陷。正面焊縫成形如圖4所示，梁切割后背面焊縫成形如圖5所示。

圖3 打底焊正面成形外形

焊接后記錄梁變形情況，如表3所示。6 m大梁焊后整體變形較小，直線度保證較好，偏差僅為0.7 mm，長(zhǎng)度方向錯(cuò)邊0.3 mm，梁平面度保證較好，在焊縫面最高最低相差0.8 mm，非焊接面由于焊縫的橫向收縮導(dǎo)致平面度為0.2 mm，可見(jiàn)焊后梁整體變形較小，即使對(duì)平面度、直線度要求較高也可直接投入使用。

3 力學(xué)性能試驗(yàn)

焊后按國(guó)標(biāo)GB/T 3323-2005對(duì)主梁焊縫進(jìn)行X射線探傷，未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾雜、未焊透、未熔合等缺陷，焊縫質(zhì)量達(dá)到QJ176A-1999的Ⅰ級(jí)要求。

圖4 正面焊縫成形

圖5 背面焊縫成形

表3 HG785D鋼板力學(xué)性能

焊后取試樣進(jìn)行拉伸、沖擊硬度試驗(yàn)，如圖6、圖7所示。拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

圖6 拉伸試驗(yàn)

由表4可知，斷裂位置均出現(xiàn)在基材，焊縫強(qiáng)度超過(guò)基材強(qiáng)度的90%，沖擊功大于基材的47 J，強(qiáng)度達(dá)到Ⅰ級(jí)要求。

表4 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖7 拉伸試樣

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)HG785D薄壁槽形件對(duì)扣焊接進(jìn)行研究可知，采用1.5 mm鈍邊，TIG打底焊（無(wú)絲），混合氣體保護(hù)焊填充蓋面，焊接工藝合理，可實(shí)現(xiàn)單面焊接雙面成型，外形齊整美觀，背面成形良好，射線探傷滿足QJ176A-99《地面設(shè)備熔焊通用技術(shù)條件》Ⅰ級(jí)焊縫，焊縫強(qiáng)度超過(guò)基材90%，沖擊功大于基材，焊后撓曲變形較小，平面度小于1 mm，錯(cuò)邊很小，焊后可直接投入使用。該焊接工藝經(jīng)過(guò)多次檢驗(yàn)，可以推廣到HG785D薄板的焊接領(lǐng)域，為低合金高強(qiáng)鋼薄板焊接提供技術(shù)支持。

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