水工閘門(mén)A、B桿焊接裂紋修補(bǔ)技術(shù)

摘 要：公司制作的某產(chǎn)品A、B桿是水工閘門(mén)中的關(guān)鍵部件，均為超厚板鍛件，首制件制作時(shí)，A、B桿的焊接采用手工電弧焊的焊接方法，在焊接完工檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)焊趾處裂紋，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，找出超厚板鍛件焊接中產(chǎn)生裂紋的主要原因，提出了修補(bǔ)辦法和防止措施，為后續(xù)產(chǎn)品制作積累了經(jīng)驗(yàn)，最終取得令人滿(mǎn)意的結(jié)果，圓滿(mǎn)完成制造任務(wù)。

關(guān)鍵詞：水工船閘；厚板；鍛件；裂紋修補(bǔ)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV547.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）11-0182-02

1 問(wèn)題的提出

采用手工電弧焊焊接厚度為250mm的鍛件，焊后經(jīng)外觀質(zhì)量檢查和MT探傷發(fā)現(xiàn)焊趾處有表面裂紋，打磨檢查又發(fā)現(xiàn)裂紋向母材內(nèi)部延伸，并且焊道下裂紋占50%的比例。由于焊件焊接拘束應(yīng)力大，導(dǎo)致裂紋修補(bǔ)過(guò)程中如果采用常用的熱補(bǔ)法會(huì)出現(xiàn)焊后焊件加工尺寸難于保證、焊前準(zhǔn)備工作繁雜、費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、耗材等問(wèn)題。因此，水工閘門(mén)A、B桿接頭裂紋修補(bǔ)是保證水工閘門(mén)工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。水工閘門(mén)A、B桿接頭裂紋修補(bǔ)時(shí)，必須采取行之有效的焊接工藝[2]、焊接材料的選擇的系列措施，更重要的是操作者應(yīng)具有較高的操作技術(shù)水平和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

由于裂紋均產(chǎn)生在熔合線母材側(cè)，有延伸的傾向，根據(jù)裂紋的形態(tài)和位置分析說(shuō)明，這些裂紋屬于冷裂紋。因母材含碳量高、剛性大，硫、磷等雜質(zhì)含量高，且板厚達(dá)到250mm，采用焊條電弧焊，母材拘束力大，必然會(huì)出現(xiàn)較大的裂紋傾向，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 淬硬傾向

A、B桿的材料是鍛鋼。它的淬硬傾向大，可焊性差，是產(chǎn)生冷裂紋的主要原因之一。

1.2 氫的影響

氫主要來(lái)源焊條藥皮中的水分，焊件和焊材表面上的污物（鐵銹、油污）和空氣中的水分等，氫可使焊縫金屬的塑性嚴(yán)重下降，促使焊接接頭中產(chǎn)生氣孔和延時(shí)裂紋。

1.3 焊接應(yīng)力

對(duì)于大厚度板材，焊接時(shí)在厚度方向上的溫度分布是極不均勻的，焊接的一面受熱膨脹大，另一面膨脹小甚至不膨脹，由于焊接面膨脹受阻，產(chǎn)生了較大的橫向壓縮塑性變形，在焊后冷卻時(shí)就在板材厚度方向上出現(xiàn)收縮不均勻的現(xiàn)象，致使兩連接件間產(chǎn)生角變形，從而使背面承受很大的拉應(yīng)力，板材厚度最大250mm，小的有125mm，角焊縫長(zhǎng)度正反面累計(jì)超過(guò)7m，剛性很大，當(dāng)焊后角變形所產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)焊縫熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的臨界值時(shí)，在最薄弱的熔合區(qū)產(chǎn)生裂紋，因此焊接變形所產(chǎn)生的拉應(yīng)力是造成大厚度板焊縫裂紋的關(guān)鍵原因。

2 裂紋的修補(bǔ)方案

大厚板一旦產(chǎn)生裂紋后修復(fù)比較困難，主要原因是碳弧氣刨刨削深度大，清除裂紋的過(guò)程中有延伸的趨勢(shì)，因?yàn)锳、B桿內(nèi)孔已精加工成形，若簡(jiǎn)單地刨除焊縫，其幾何尺寸精度將會(huì)受到很大影響，為此進(jìn)行了大量的模擬試驗(yàn)，提出最優(yōu)化修補(bǔ)方案，采取了如下返修措施。

2.1 制作工裝

制作工裝定位假軸2件，工裝夾頭3件與相應(yīng)產(chǎn)品內(nèi)孔過(guò)盈配合。

2.2 裝配工裝軸

采用冷凍法將兩過(guò)盈工裝軸分別裝入兩孔內(nèi)，升至室溫后，兩連接板和A桿緊緊地連成一個(gè)整體，保證內(nèi)孔精度尺寸。

2.3 清除裂紋

根據(jù)MT探傷結(jié)果確定裂紋的長(zhǎng)度和位置。

（1）裂紋較長(zhǎng)，一次清除時(shí)，裂紋容易沿厚度和長(zhǎng)度方向延伸，因此比較有效的方法是分段刨削清除，每段長(zhǎng)度為150～200mm。

（2）裂紋較短，在刨削中尋找裂紋有難度，可沿熔合線進(jìn)行，在接近裂紋深度后減小刨削量，注意觀察，裂紋出現(xiàn)后沿裂紋方向清除干凈，然后用風(fēng)動(dòng)砂輪機(jī)對(duì)刨削部位進(jìn)行認(rèn)真清磨，磨掉表面滲碳層直到露出金屬本色，為了確保缺陷已消除，并對(duì)清理打磨后的焊縫進(jìn)行MT探傷檢驗(yàn)。

3 操作技術(shù)

綜前所述，由于A、B桿已經(jīng)過(guò)了精細(xì)加工，所有的加工面都已成形符合尺寸要求，如果采用熱焊法，對(duì)A、B桿進(jìn)行整體加熱，必將影響到A、B桿的整個(gè)外形尺寸，所以采用冷焊修補(bǔ)，修補(bǔ)技術(shù)如下：

（1）選用CW395，？準(zhǔn)4mm焊條，直流反接I=130～140A，U=24～26V。

（2）先將上表面焊縫均勻分成六段，對(duì)稱(chēng)進(jìn)行定位焊，加固時(shí)每段分成3～4小段定位焊，每段長(zhǎng)度為100～150mm。

（3）將下表面的焊縫進(jìn)行加強(qiáng)焊，以防翻身拉裂脫開(kāi)，然后分段對(duì)稱(chēng)施焊朝上的焊縫。

（4）焊接時(shí)采用分段跳焊的方法[4]，并控制層間溫度始終保證在60°以下的范圍，采用小規(guī)范，短弧，直線形快焊速運(yùn)條，每一層焊縫與母材熔合好，焊趾處過(guò)渡光順，確保不產(chǎn)生焊接缺陷，除第一層和蓋面層外，每焊完一層及時(shí)敲擊焊縫，以降低焊接應(yīng)力。

（5）焊縫修補(bǔ)完畢后，覆蓋保溫棉緩冷，24H后進(jìn)行MT探傷。

（6）待探傷合格后，用火焰切割將工裝假軸取出（管狀假軸），修補(bǔ)工作完畢。

4 防止措施[3]

（1）制定正確的施工程序，選擇合適的線能量。

（2）做好焊前預(yù)熱、后熱及熱處理工作，控制好層間溫度。

（3）改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，合理地分布焊縫的位置和施焊的順序。

（4）采用多層多道焊接方法改善焊縫和熱影響區(qū)的組織。

（5）厚板焊接時(shí)除打底焊和蓋面焊道外，層間焊道可采用錘擊法消除焊接應(yīng)力。

5 結(jié) 論

（1）用冷焊法修補(bǔ)大厚板，減少了板材的反復(fù)加熱和冷卻過(guò)程，采用小規(guī)范多層多道焊工藝，焊縫和熱影響區(qū)得到細(xì)小的金相組織，避免了產(chǎn)生裂紋的傾向，提高了焊接接頭的性能。

（2）按此方法對(duì)A、B桿返修完畢后，經(jīng)檢測(cè)裂紋徹底消除，各形位的尺寸精度均符合技術(shù)指標(biāo)，縮短了工期，節(jié)約了成本，為后續(xù)建造積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]金屬熔焊原理及工藝.北京機(jī)械工業(yè)出版社，1980.

[2]焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[3]船舶焊接（修訂本）.北京國(guó)防工業(yè)出版社，1992.

[4]船舶焊接手冊(cè).北京國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

收稿日期：2018-3-15

作者簡(jiǎn)介：代能武，武昌船舶重工集團(tuán)公司首席焊接技師，國(guó)家級(jí)技能大師工作室?guī)ь^人，湖北省首屆首席技師，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司高級(jí)技能專(zhuān)家，國(guó)防科工委技術(shù)能手，全國(guó)技術(shù)能手。入選2017年湖北省首屆“荊楚工匠”，湖北省首屆“楚天名匠”。