深熔焊熔深不夠原因分析及解決方法

李文鋒， 丁順霞， 賀水冰

（南通潤邦重機(jī)有限公司技術(shù)中心，江蘇 南通 226013）

深熔焊熔深不夠原因分析及解決方法

李文鋒， 丁順霞， 賀水冰

（南通潤邦重機(jī)有限公司技術(shù)中心，江蘇 南通 226013）

文中針對鋼結(jié)構(gòu)焊接形式中的深熔焊，介紹了深熔焊接頭類型，分別取樣試驗(yàn)，通過測試的金相圖，分析了深熔焊熔深不夠的原因并提出了解決方案，改進(jìn)了焊接工藝，提升了焊接品質(zhì)。

鋼結(jié)構(gòu)；深熔焊；金相圖；焊接工藝

0 引言

隨著時(shí)代的步伐，當(dāng)今重工行業(yè)快速發(fā)展，焊接工藝水平是鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)競爭力的體現(xiàn)，焊接質(zhì)量在鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中極為重要。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的重要性、載荷特性、工作環(huán)境以及應(yīng)力狀態(tài)等情況，常見的焊接形式有熔透焊、深熔焊及角焊。深熔焊相較而言，深熔焊極為容易產(chǎn)生熔深不夠的問題，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品存在較大的安全隱患，同時(shí)也產(chǎn)生大量的返工修復(fù)成本。

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，深熔焊接頭類型大致可分為幾類，分別根據(jù)接頭形式取樣，制作焊接試驗(yàn)樣品，焊接后，下文將根據(jù)接頭形式，分別取樣制作試驗(yàn)樣品，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析深熔焊熔深不夠的原因以及解決方案，從而提高鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)生產(chǎn)工藝。

1 深熔焊接頭類型

深熔焊其實(shí)是局部熔透坡口焊縫，涉及到深熔焊的接頭形式有：對接接頭（單、雙面深熔）、T型接頭（單、雙面深熔），如表1所示。

表1 起重機(jī)常見焊接接頭種類

在上述8種接頭形式中，分別又有兩種熔深情況：1）板厚與熔深之差不大于1～3 mm；2）板厚與熔深之差大于3 mm。

2 工藝試驗(yàn)

根據(jù)對接接頭、T型接頭的多種形式，分別準(zhǔn)備焊接試驗(yàn)樣品，安排同一焊工，進(jìn)行焊接操作。記錄焊接形式，焊接電流電壓及接頭的坡口尺寸。樣品焊接完成后，取焊縫截面金相分析，焊縫接頭截面的宏觀金相照片能客觀反映深熔焊的熔透情況，以下進(jìn)行的幾組宏觀金相試驗(yàn)，從坡口細(xì)節(jié)、焊縫根部質(zhì)量方面進(jìn)行了對比。

2.1 對接接頭試驗(yàn)

取材質(zhì)Q390C、厚度20 mm板材，分別開坡口，分成4組，按照a)、b)、c)、d)的順序編號。其中：試樣a)、c)進(jìn)行橫焊操作，電流220 A，電壓25 V，焊接速度25 cm/min；試樣b)、d)進(jìn)行立焊操作，電流200A，電壓24V，焊接速度20cm/min。同時(shí)試樣a)、b)坡口角度45°，深度10 mm，接頭間隙2 mm；試樣c)、d)坡口角度45°，深度18 mm，接頭無間隙。分別進(jìn)行焊接操作，去焊縫接頭截面宏觀金相照片分析。

圖1 對接接頭試驗(yàn)金相圖

如圖1所示:a）組試樣實(shí)際熔深大于坡口深度，坡口、熔深合格，焊縫根部合格；b）組試樣實(shí)際熔深9.5 mm,小于坡口深度，坡口深度開大了，焊縫根部也沒有焊滿，差0.5 mm，不合格；c）組試樣實(shí)際熔深18 mm,大于坡口深度，焊縫根部合格；d）組試樣實(shí)際熔深19 mm，大于坡口深度，熔深、焊縫根部合格。

2.2 T型接頭試驗(yàn)

同樣取材質(zhì)Q390C、厚度25 mm板材，分別開坡口，分成4組，按照e)、f)、g)、h)的順序編號。其中試樣e)、g)、h)進(jìn)行平焊操作，電流220 A、電壓26 V、焊接速度24 cm/min；試樣f)進(jìn)行橫焊操作，電流220 A、電壓27 V、焊接速度25 cm/min。同時(shí)試樣e)開雙面坡口、f)開單面坡口，坡口角度45°、深度10 mm、接頭無間隙；試樣g)、h)均開單面坡口，坡口角度50°、深度20 mm、接頭間隙2 mm；分別進(jìn)行焊接操作，去焊縫接頭截面宏觀金相照片分析。

圖2 T型接頭試驗(yàn)金相圖

如圖2所示：e）組試樣實(shí)際熔深11.5 mm，不小于坡口深度，坡口、熔深合格，焊縫根部合格；f）組試樣實(shí)際熔深不小于坡口深度，坡口、熔深合格，焊縫根部合格；g）組試樣實(shí)際熔深22 mm,不小于坡口深度，熔深、焊縫根部合格；h）組試樣實(shí)際熔深21 mm,不小于坡口深度，坡口、熔深合格，焊縫根部合格。

3 原因分析

根據(jù)上述深熔焊試驗(yàn)來看，試板上的取樣有一個(gè)不合格，原因是因?yàn)槠驴谏疃乳_小了，其余都符合要求。其中試板上取樣的金相試樣焊縫根部熔合良好，都合格。試板上坡口質(zhì)量、裝配間隙控制得比較好，只有兩個(gè)坡口深度要求比板厚小1 mm的，沒有達(dá)到要求。

深熔焊熔深不夠的原因包含坡口深度太小、坡口角度不適的因素。從焊縫根部熔合情況看，焊接試板的焊工操作比較規(guī)范，焊縫根部熔合較好，焊縫深度能達(dá)到坡口深度，而焊接產(chǎn)品的焊工可能是技能問題也可能是責(zé)任心的問題，焊縫根部質(zhì)量時(shí)好時(shí)壞。因此深熔焊熔深受到多方面影響，客觀方面主要是坡口深度、角度，主觀方面便是焊工的工藝水平。

4 解決方案

通過上述一系列試驗(yàn)表明，只要坡口符合要求，焊工技能好且操作規(guī)范，都能焊出合格的焊縫出來，考慮到焊工技能水平參差不齊、實(shí)際坡口角度有誤差、實(shí)際坡口深度有誤差、裝配工定位焊縫質(zhì)量等因數(shù)，要求如下：1）所有對接接頭形式的深熔焊縫，考慮到受力情況及焊接難度，全部以全熔透焊縫要求。可以雙面焊的，拼板間隙控制在0～2 mm，只能單面焊的，拼板間隙控制在3～5 mm，單面焊雙面成型，問題不大。2）板厚與熔深之差不小于3 mm的雙面坡口焊縫，設(shè)計(jì)坡口時(shí)，坡口深度比要求的熔深大2～3 mm，盡量3 mm。裝配間隙0～2 mm,裝配工保證定位焊縫質(zhì)量或焊接前刨掉定位焊縫。3）板厚與熔深之差小于3 mm的雙面坡口焊縫，設(shè)計(jì)坡口時(shí)，留1 mm鈍邊，裝配工保證定位焊縫質(zhì)量或焊接前刨掉定位焊縫。4）裝配間隙0～2 mm時(shí),反面清根當(dāng)做全熔透焊縫焊接；裝配間隙2～3 mm,反面去除渣子后可以直接焊接。5）板厚與熔深之差大于3 mm的單面坡口焊縫，設(shè)計(jì)坡口時(shí)，坡口深度比要求的熔深大2～3 mm，盡量3 mm。裝配間隙0～2 mm,裝配工保證定位焊縫質(zhì)量或焊接前刨掉定位焊縫。6）板厚與熔深之差不小于3 mm的單面坡口焊縫，設(shè)計(jì)坡口時(shí)，留1 mm鈍邊，設(shè)計(jì)和裝配工序考慮留2～3 mm間隙裝配。裝配工保證定位焊縫質(zhì)量或焊接前刨掉定位焊縫。7）對于深熔焊焊縫，設(shè)計(jì)成不留間隙時(shí)，坡口角度一定不能小，坡口角度在45°～50°，否則達(dá)不到規(guī)定的熔深。8）對于比較厚的材料，盡量不要設(shè)計(jì)成坡口深度很深的單面坡口焊，以免拉裂焊縫根部，產(chǎn)生根部裂紋。9）下料階段，對于深熔焊的坡口，要重點(diǎn)檢查坡口大小和鈍邊是否符合圖樣要求。10）加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)焊前的坡口檢查，大部分的深熔焊縫不合格，原因在于焊前坡口狀態(tài)不符合要求，包括鈍邊、角度、間隙。

5 結(jié)語

通過本文對焊接接頭的分析探討，設(shè)計(jì)焊接接頭時(shí)，應(yīng)從焊接接頭工藝特點(diǎn)出發(fā)，合理設(shè)計(jì)焊接接頭，在確保焊接接頭質(zhì)量的同時(shí)，力求簡化工藝，以達(dá)到省工省料、提高生產(chǎn)率的目的。為保證T型接頭深熔焊縫（PJP）和單面全熔透焊縫質(zhì)量，涉及生產(chǎn)設(shè)計(jì)、下料及檢驗(yàn)、裝配及檢驗(yàn)、焊接各環(huán)節(jié)必須注意：下料時(shí)，要重點(diǎn)檢查坡口質(zhì)量，包括坡口鈍邊、坡口角度、下料尺寸。結(jié)構(gòu)裝配時(shí)，對于此類焊縫，裝配前后嚴(yán)格檢查坡口鈍邊、角度、間隙，對于要求有裝配間隙的焊縫，為防止間隙使焊接收縮變大，裝配時(shí)考慮加放2～3 mm的收縮余量并配合反變形措施，盡量用馬板代替坡口內(nèi)定位焊。

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（編輯黃 荻）

TG 441.7

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1002－2333（2018）01－0160－02

李文鋒(1969—)，男，本科，工程師，主要從事港口移動(dòng)式起重機(jī)、散貨裝卸解決系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)等化工作。

2017-03-04