壓力容器支撐板自動(dòng)脈沖焊接工藝探討

陳俊生，徐雷，李洪松

廊坊廣廈新源石化設(shè)備制造有限公司 河北廊坊 100083

1 序言

國內(nèi)某壓力容器公司支撐板在使用過程中出現(xiàn)焊接開裂情況，為提升焊接質(zhì)量，將現(xiàn)有人工焊接優(yōu)化為機(jī)器人脈沖焊接。本文通過機(jī)器人脈沖焊接與人工焊接焊后力學(xué)性能及熔深對(duì)比探討，升級(jí)焊接工藝，為后續(xù)相似產(chǎn)品焊接提供技術(shù)支持。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）縱梁規(guī)格 母材材質(zhì)為Q 3 5 5 B鋼，整體工件規(guī)格為3 5 0 m m×3 7 0 m；縱梁規(guī)格220m m×120m m×120m m×6m m，橫梁規(guī)格為250mm×120mm×100mm×8mm（見圖1）。

圖1 縱梁

（2）橫梁端部坡口工藝要求 折槽焊接端根據(jù)板材的厚度開V形坡口，坡口角度為35°，鈍邊0.5mm（見圖2），采用銑邊機(jī)械加工，以保證坡口形狀一致。

圖2 鈍邊尺寸

3 焊前準(zhǔn)備

（1）焊接設(shè)備 方案1：采用松下脈沖焊接電源YD-500GL4HGK+焊接機(jī)器人本體TM1400（見圖3）；方案2：采用松下普通焊接電源KR-500。

圖3 焊接機(jī)器人

（2）焊絲 采用金橋ER50-6，φ1.2mm實(shí)芯焊絲。

（3）焊接氣體 采用80%Ar+20%CO2混合氣體保護(hù)。

4 焊接工藝

（1）焊前預(yù)處理 按圖樣要求鉚接2組相同規(guī)格工件，并做好工件標(biāo)記。工件焊道兩邊100mm處進(jìn)行表面噴砂處理，去除銹蝕，露出金屬光澤。

（2）焊接工藝過程 方案1：采用機(jī)器人+脈沖電源焊接，機(jī)器人采用在線編程示教、電壓傳感、電弧跟蹤模式。方案2：人工焊接方式采用平角焊模式，即平角焊畫圓弧手法進(jìn)行焊接，具體焊接參數(shù)見表1。

表1 焊接參數(shù)

（3）焊道外觀對(duì)比 機(jī)器人與人工采用相同電流及速度進(jìn)行焊接后，2種工件焊腳高度一致，都為5mm，滿足工藝要求。從外觀上觀察，機(jī)器人脈沖焊接焊道更圓滑飽滿，如圖4所示。

圖4 焊縫形狀

5 力學(xué)性能及微觀組織分析

（1）拉伸試樣 將試件按圖5進(jìn)行切割制備焊接接頭取樣，樣品規(guī)格100mm×25mm，用WEW-600C拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸，測(cè)量2組焊接接頭樣品抗裂力學(xué)性能。

圖5 試樣切割示意

（2）抗裂數(shù)值對(duì)比 人工普通焊接工件編號(hào)P-01、機(jī)器人脈沖焊接工件M-01，通過起裂拉力數(shù)值及斷裂拉力別表數(shù)值進(jìn)行比較，M-01＞P-01，抗裂測(cè)量數(shù)據(jù)見表2。

表2 抗裂數(shù)據(jù) （kN）

（3）抗裂對(duì)比分析 焊道斷裂部位均在焊道與母材的熔合線部位（見圖6），因拉伸過程中該部位是應(yīng)力集中位置[1]。

圖6 抗裂部位

由于脈沖焊接具有脈沖功能，脈沖焊接的熱輸入低于普通焊接，因此出現(xiàn)的熱影響區(qū)淬硬性組織概率低于普通焊接工件，并且組織更加致密。

（4）焊接熔深對(duì)比及分析 將2組工件進(jìn)行剖切，制作熔深觀察樣件，大小為50mm×20mm，通過4%的硝酸溶液進(jìn)行腐蝕，對(duì)比照片如圖7所示。

圖7 焊接熔深

從圖7可以看出，在人工普通焊接工件編號(hào)P-02、機(jī)器人脈沖焊接工件M-02中，通過起裂拉力數(shù)值及斷裂拉力數(shù)值進(jìn)行比較（見表3），M-02＞P-02。由于脈沖焊接電弧挺度高于普通焊機(jī)，加之機(jī)器人焊接穩(wěn)定性促進(jìn)熔池熔敷率，因此增加熔合線長(zhǎng)度，從而增加了熔深[2]。相同結(jié)構(gòu)工件，熔敷率越高，焊道本身強(qiáng)度越高[3]。

表3 焊接熔深 （mm）

6 結(jié)束語

脈沖焊機(jī)與普通焊機(jī)采用相同焊腳高度的焊接參數(shù)，支撐板焊接接頭由于脈沖焊機(jī)電弧能量集中，因此增加焊接熔敷率，焊接熔深更深，在焊道飽滿性條件下抗裂性能更好。