閥門堆焊修復(fù)工藝探討

徐書(shū)劼，韋家明

（中國(guó)中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇南京210000）

閥門堆焊修復(fù)工藝探討

徐書(shū)劼，韋家明

（中國(guó)中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇南京210000）

根據(jù)熔焊成型要求調(diào)整焊接工藝參數(shù)，焊槍起弧、熄弧控制。分析熔焊成型件存在的缺陷及形成原因，給出熔焊成型件成型質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)。通過(guò)模擬件堆焊工藝試驗(yàn)解決焊縫起弧點(diǎn)選擇、焊縫路徑規(guī)劃和焊道間距設(shè)置等問(wèn)題。

閥門；路徑規(guī)劃；堆焊

0 引言

閥門是結(jié)構(gòu)復(fù)雜且負(fù)荷較重的重要機(jī)件，要求有足夠的強(qiáng)度且耐熱性好。實(shí)際工況是，閥門底部表面是燃燒室的頂壁，承受機(jī)械負(fù)荷、高溫和由氣體施加壓力的熱負(fù)荷，同時(shí)承受緊固安裝連接螺栓的預(yù)緊力并伴隨冷卻水和高溫氣體對(duì)螺栓的腐蝕。選用性能良好的材料堆焊密封面，能顯著延長(zhǎng)閥門的使用壽命，同時(shí)節(jié)省大量合金材料[1]。

1 閥門結(jié)構(gòu)分析

兩端對(duì)稱的閥門，堆焊合金內(nèi)的中心部分。焊接部分的45°斜面，中心點(diǎn)附近（即15°角變化，60°底面），焊接左部分和右邊緣朝向中心，并具有45°角的寬度，堆焊邊緣處有圓角過(guò)度，堆焊高度6.5 mm。對(duì)稱閥門待焊區(qū)域如圖1所示。

由于閥門堆焊部分不在一個(gè)平面，而是由長(zhǎng)邊方向圓弧組成的，焊接過(guò)程中必須保證工件隨中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)同步焊接，使焊縫中點(diǎn)始終處于水平位置最低點(diǎn)，這樣每一條焊縫都在水平或接近水平面位置焊接，保證熔池有足夠時(shí)間凝固[2]。

2 堆焊路徑選擇

堆焊作業(yè)中，堆積軌跡

熱輸入會(huì)影響焊接成型過(guò)程，從而影響工件的堆焊成型質(zhì)量，因此要根據(jù)不同堆積軌跡的特征（圖2），選擇適合的堆焊路徑。

（1）平行掃描法。如圖2（a）、圖2（b）所示，焊接成型過(guò)程中，沿掃描線堆疊的長(zhǎng)邊會(huì)影響沿該掃描線短邊熱輸入的部位，引起部件成形時(shí)溫度場(chǎng)的變化。特別是在焊接轉(zhuǎn)向位置，高溫加熱時(shí)間長(zhǎng)會(huì)影響焊接質(zhì)量。

（2）隔行堆積法。如圖2（c）所示，從焊接角度看，隔行堆積比逐行堆積更接近常規(guī)焊接過(guò)程。因?yàn)椴捎酶粜卸逊e時(shí)，前兩條焊縫都不會(huì)受到其他焊縫的干擾，后面焊縫在前兩條焊縫間成型，與常規(guī)的焊接過(guò)程相似，焊縫對(duì)稱成型。而采用逐行堆積，后面的焊縫會(huì)受到前面焊縫的干擾，使成型不對(duì)稱。

圖1 閥門待焊區(qū)域示意圖

（3）輪廓和方向平行結(jié)合堆積法。如圖2（d）所示，該方式的優(yōu)點(diǎn)是可以先對(duì)輪廓采用較小層厚的掃描以確保零件表面光滑，內(nèi)部區(qū)域采用最大層厚掃描以保證最快的堆積速度。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)向時(shí)溫度場(chǎng)的變化影響焊接質(zhì)量。

（4）輪廓平行掃描法。圖2（e）、圖2（f）都為輪廓平行掃描方法（“回”字形焊接），不同之處在于圖2（e）從外往內(nèi)平行輪廓掃描，而圖2（f）是從內(nèi)往外平行輪廓掃描，這兩種方法會(huì)使熔焊成型過(guò)程中的散熱條件等發(fā)生變化。這兩種方法，避免了前兩種方法的缺點(diǎn)，保證焊接質(zhì)量良好。因此，閥門焊接采用圖2（e）或圖2（f）的“回”字形焊接方法，是較合適的焊接路徑。

3 堆焊工藝試驗(yàn)

3.1 焊接起弧點(diǎn)的選擇

起弧點(diǎn)的焊接質(zhì)量較難控制，將它選在角焊縫上，而不是放置在難度較大的L形焊縫的拐點(diǎn)，考慮到焊道間距，把起弧點(diǎn)選在距離右側(cè)圍板48 mm的位置。

3.2 焊縫軌跡設(shè)計(jì)

（1）焊接工藝參數(shù)。焊接電流270 A，電壓26.8 V，焊接速度0.3 m/min，為更好的熔透?jìng)?cè)壁，在焊槍傾斜的同時(shí)增加擺動(dòng)，擺動(dòng)形式為Triangle，擺幅2 mm。保護(hù)氣體為99.99%的氬氣，氣體流量15 L/min。焊絲材料為H08Mn2SiA，焊絲直徑1.2 mm，焊接底板和圍板材料為低碳鋼Q235B。

（2）焊前準(zhǔn)備、焊道布置。當(dāng)焊道間距為熔寬的6/9時(shí)，焊接成型情況最好，表面均勻平整，焊縫熔寬12 mm，焊道間距設(shè)置為8 mm，具體路徑如圖3所示。

（3）操作步驟。①確定焊縫起弧點(diǎn)后，焊槍工作角改為40°后起弧焊接，焊接軌跡路徑為順時(shí)針“回”字形，當(dāng)焊槍行走到A點(diǎn)時(shí)，將行走角度變?yōu)?45°。②從A點(diǎn)出發(fā)，沿AB邊行走，將行走角由-45°變?yōu)?5°，焊槍工作角保持40°。③到達(dá)B點(diǎn)后，將行走角由45°改變?yōu)?45°，沿著B(niǎo)C邊施焊。④到達(dá)C點(diǎn)后，再次將行走角由-45°變?yōu)?5°沿著CD邊行走。④到達(dá)D點(diǎn)后，向著起弧點(diǎn)方向行走，行走角由45°變?yōu)?°，當(dāng)距離起弧點(diǎn)8 mm時(shí)，焊接方向轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪盇D邊向BC邊行走，當(dāng)行走8 mm時(shí)，再次轉(zhuǎn)換焊接方向?yàn)槠叫杏贏D邊向AB邊行走，工作角為0°，行走角為0°，每次距離焊道8 mm時(shí)，選擇順時(shí)針轉(zhuǎn)彎行走，依次焊接到熄弧點(diǎn)，提槍到安全點(diǎn)。

圖2 堆焊掃描方式

圖3 焊接路徑設(shè)計(jì)

對(duì)整個(gè)平面從外到內(nèi)“回”字形焊接時(shí)，不考慮平面的角度變化。觀察宏觀金相可見(jiàn)模擬件底面和側(cè)壁熔合情況均良好，表面均勻平整，成型狀況良好（圖4、圖5）。

4 結(jié)語(yǔ)

堆焊作業(yè)中，路徑間距影響堆焊成型質(zhì)量，焊縫間距過(guò)大，成型零件的強(qiáng)度降低；路徑間距過(guò)小，影響堆積效率并使階梯效應(yīng)明顯，因此應(yīng)選擇合理的路徑間距。通過(guò)試驗(yàn)，定量分析路徑間距對(duì)熔焊成型件成型質(zhì)量的影響。

（1）分析堆焊過(guò)程中分層、焊道間距、堆積軌跡等問(wèn)題，并根據(jù)熔焊成型要求調(diào)整焊接工藝參數(shù)、焊槍的起弧、熄弧控制。分析熔焊成型件存在的缺陷，并給出缺陷成因。

（2）根據(jù)熔焊成型件特點(diǎn)提出質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)，通過(guò)模擬件堆焊工藝試驗(yàn)，解決焊縫起弧點(diǎn)的選擇、焊縫路徑規(guī)劃和焊道間距等問(wèn)題；

（3）定性分析熔焊成型過(guò)程中路徑間距對(duì)成型質(zhì)量的影響。為對(duì)熔焊成型件進(jìn)行定量分析，針對(duì)單層單道焊縫的熔寬設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

［1］何文山.船舶柴油機(jī)[M].北京：人民交通出版社，1997.

［2］林礪宗，劉義崇，劉曉壘，等.閥體密封面鎳基堆焊工藝[J].焊接，2006，（4）.

〔編輯 李波〕

圖4 模擬件堆焊成型

圖5 3層24道焊宏觀金相

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.25

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