磨機(jī)承重結(jié)構(gòu)件的全熔透焊接工藝與缺陷防止

孫 羽

（濟(jì)南重工股份有限公司，濟(jì)南 250000）

根據(jù)產(chǎn)品圖紙要求，每個(gè)支撐部件要求8條全熔透焊縫，焊縫均為立焊縫，高度大于1500mm的焊接接頭（見圖1、圖2）。全熔透焊縫要求兩塊母材（材質(zhì)為SS400）通過焊接連接，焊接接頭必須達(dá)到100%的熔透，這種焊縫絕大多要求磁粉探傷或超聲波探傷。本文論述中涉及的焊接件為關(guān)鍵設(shè)備承重件，其焊縫為Ⅰ級(jí)焊縫，一側(cè)焊完后背面必須清根，整體焊成后打磨外觀，各焊縫均按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波探傷。

圖1 部分焊接接頭

圖2 焊接接頭簡圖

1 熔透焊接工藝

1.1 焊材要求

根據(jù)甲方圖紙要求，結(jié)構(gòu)件所用焊材牌號(hào)為SJF-711，該種焊絲為碳鋼及490MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼用氣體保護(hù)藥芯焊絲，可采用直流反接，穿透深，在滿足承重載荷的同時(shí)也可并用于要求沖擊韌性的場(chǎng)合。其主要特點(diǎn)包括：全位置焊接作業(yè)性佳、煙塵量少、電弧柔和而穩(wěn)定、焊渣覆蓋完整且極易清除、X光射線檢測(cè)性能優(yōu)，適用于船體、海洋鉆井平臺(tái)、壓力容器及重型機(jī)械的焊接。

1.2 焊接工藝及參數(shù)

（1）惰性氣體保護(hù)焊焊前預(yù)先焊上支撐和護(hù)板（見圖3、圖4），預(yù)熱100～160℃。

（2）焊接過程保持各層間溫度不低于150℃，打底焊過程中注意采用較小焊接電流和電壓（見表1）。

（3）多層焊過程注意焊接順序，依次成對(duì)焊接對(duì)稱的焊縫，焊接速度保持均勻。

（4）焊后注意焊縫局部用石棉保溫，防止焊縫晶粒冷速過快，以消除焊接殘余應(yīng)力。

（5）整個(gè)過程勿用烤火調(diào)變形，防止對(duì)母材合金元素?zé)龘p造成強(qiáng)度改變，影響金屬力學(xué)特性。

特別需要注意的是，第一層打底層的焊接在整個(gè)焊接過程中很重要，由結(jié)構(gòu)件焊接工藝的參數(shù)提供指導(dǎo)，在打底焊的過程中根據(jù)施焊情況需要不斷調(diào)節(jié)焊接電壓電流，因此，打底焊在保證相對(duì)平穩(wěn)較低的焊接電流電壓同時(shí)還要求較低的送絲速度，盡量避免產(chǎn)生焊接缺陷。

圖3 預(yù)加的支撐

圖4 預(yù)加的護(hù)板

表1 氣體保護(hù)焊焊接工藝參數(shù)

焊絲伸長度a（見圖5）是指焊絲的端頭至導(dǎo)電嘴端頭的距離。焊絲的熔化速度根據(jù)電弧和電阻熱共同決定，焊絲熔化速度與焊絲干伸長成正比，即干伸長越長，焊絲熔化速度越快，熔池越易填滿。為保證氣體保護(hù)效果和焊道成形良好，不同焊層焊絲伸長度也不同。

圖5 焊絲伸長度a

2 全熔透焊縫焊接缺陷分析

2.1 尺寸缺陷

該類缺陷既包括焊縫的局部尺寸偏差，也包括焊縫焊高、焊腳不符合圖紙等，焊縫表面未打磨，凸凹不平、波紋粗大，這些缺陷不僅使焊縫不美觀，而且易造成應(yīng)力集中，影響焊縫質(zhì)量，使整個(gè)部件尺寸超差（見圖6）。

圖6 探傷未合格焊縫

2.2 焊縫缺陷

焊縫缺陷分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。外部缺陷主要包括焊接裂紋、咬邊等，都屬于惰性氣體保護(hù)焊焊接過程中最常見的缺陷。外部焊縫缺陷可以通過打磨、氣刨重焊等方案解決。但內(nèi)部缺陷的存在不易發(fā)現(xiàn)，包括未熔透、夾渣、氣孔等，焊接缺陷的存在直接降低了焊接接頭的力學(xué)性能，且造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，使焊接結(jié)構(gòu)無法承受實(shí)際載荷。

3 防止全熔透焊縫缺陷的措施

3.1 做好焊前準(zhǔn)備工作

在工件鋼板上根據(jù)圖紙要求的板厚加工相應(yīng)的坡口和鈍邊，單側(cè)坡口角度為45°～60°較合適。打磨焊縫周圍（焊道兩邊30mm）母材上的鐵銹和油污，露出金屬光澤。各工件板在工作平臺(tái)上定位點(diǎn)焊時(shí)，需要留出間隙（預(yù)留4～5mm），以保證焊縫根部完全熔透。為方便操作，定位焊點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)設(shè)在焊縫的兩端，防止焊接收縮變形后產(chǎn)生尺寸誤差。

另外，由于厚板大坡口焊縫在焊接過程中，焊接電流變化范圍過大，焊接熱輸入量過高，會(huì)產(chǎn)生焊接變形。因此，在焊前需要將對(duì)稱工件背對(duì)背定好，點(diǎn)焊牢固，或根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)預(yù)留出收縮變形量。

3.2 焊接應(yīng)力控制

焊接殘余應(yīng)力的大小是影響構(gòu)件焊接質(zhì)量好壞和生產(chǎn)率高低的最重要因素之一。在該系列部件中我們釆取四角同時(shí)對(duì)稱焊接的大順序，單個(gè)腿部分側(cè)焊接的小順序來作業(yè)，這樣使焊接接頭積聚的熱量盡可能少，導(dǎo)致的變形也就最小。此外，多層焊中上層焊縫對(duì)下層道焊縫具有回火作用，使焊縫的殘余應(yīng)力部分得到釋放。但由于兩側(cè)的焊道填充不均勻，所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力造成的角變形和豎直方向變形也是不一樣的，因而加入反變形措施（支撐護(hù)板和方鋼），用以消除部分殘余應(yīng)力。此外，焊接完成后需等待48小時(shí)后才可卸去支撐和護(hù)板。

3.3 主要焊接順序

焊接件常規(guī)多層多道焊時(shí)采用的一般工藝如下：（1）為使殘余應(yīng)力最小，相鄰焊道之間應(yīng)采用首尾相接的次序；（2）采用先焊兩端后焊中間的分段焊法不僅能弱化整個(gè)焊縫區(qū)域的低殘余應(yīng)力集中，更可以有效防止兩端變形；（3）部裝中對(duì)稱分布的焊縫采用多人同時(shí)對(duì)稱焊法；（4）環(huán)焊縫兩人焊接時(shí)交替首尾相接。

4 結(jié)語

通過新工藝的制定和執(zhí)行，加上大家的共同努力，該批次結(jié)構(gòu)件全熔透焊縫90%以上探傷合格，在經(jīng)過較少的返修工序后最終順利通過了嚴(yán)苛的驗(yàn)收。由此可以發(fā)現(xiàn)我們自身的不足，包括工藝改進(jìn)的積極性，質(zhì)檢員現(xiàn)場(chǎng)跟蹤的不到位，焊工細(xì)節(jié)意識(shí)缺乏等。但每個(gè)項(xiàng)目的完結(jié)讓我們不斷認(rèn)清自身不足的同時(shí)，也給予了我們創(chuàng)新的勇氣和前進(jìn)的動(dòng)力，讓我們明白產(chǎn)品質(zhì)量的好與壞直接決定了產(chǎn)品的層次，相信在未來的工作中，我們將會(huì)做得更好。