焊縫前端起弧缺陷TIG重熔修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

胡樹(shù)萌

【摘 要】工程機(jī)械零部件機(jī)械手焊接完成后，焊縫前端起弧處容易產(chǎn)生冷滾、焊瘤等焊接缺陷，導(dǎo)致焊縫前端起弧處外觀較差且容易引起焊接應(yīng)力集中造成焊縫失效的風(fēng)險(xiǎn)，使用TIG重熔修復(fù)技術(shù)對(duì)焊縫前端的起弧缺陷進(jìn)行重熔修復(fù)可消除上述缺陷的同時(shí)使焊縫前端平滑過(guò)渡，減少應(yīng)力集中的產(chǎn)生，降低疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)，提高焊縫使用壽命。

【關(guān)鍵詞】重熔修復(fù);應(yīng)力集中;消除缺陷;降低疲勞失效

【中圖分類號(hào)】TG44 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）10-0079-02

1 概述

焊接作為一種重要的先進(jìn)制造技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著非常重要的作用。經(jīng)過(guò)幾十年的快速發(fā)展，目前焊接已在許多工業(yè)部門(mén)的金屬結(jié)構(gòu)（如建筑鋼結(jié)構(gòu)、船體、鐵道車(chē)輛、壓力容器等）制造中取代了鉚接。此外，在機(jī)械制造業(yè)中，以往由整鑄整鍛方法生產(chǎn)的大型毛坯改為焊接結(jié)構(gòu)，占世界主要工業(yè)國(guó)家鋼產(chǎn)量的50%～60%[1]。

與鉚接、螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)相比較，或者與鑄造和鍛造的結(jié)構(gòu)相比，焊接結(jié)構(gòu)具有下列優(yōu)點(diǎn)：焊接接頭強(qiáng)度高;焊接接頭密封性好;焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單;易于結(jié)構(gòu)的變更和改型。因此，焊接方法已成為使用最為廣泛的工藝方法，在工程機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)中，焊接是最主要也是最重要的連接形式，然而工程機(jī)械產(chǎn)品在使用的過(guò)程中也經(jīng)常發(fā)生失效事故，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中90%是由于疲勞失效導(dǎo)致的開(kāi)裂現(xiàn)象。

在工程機(jī)械產(chǎn)品中，疲勞失效被公認(rèn)為一種主要的失效形式，產(chǎn)品在使用過(guò)程中因焊縫不斷地承受交變載荷，容易導(dǎo)致焊縫起弧處產(chǎn)生疲勞裂紋，然后在使用過(guò)程中疲勞裂紋不斷地?cái)U(kuò)展，導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

焊縫前端起弧處容易產(chǎn)生疲勞裂紋的主要原因是焊接缺陷。眾所周知，焊縫起弧處容易產(chǎn)生冷滾、焊瘤等焊接缺陷，該類缺陷如果不徹底清除掉，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在后續(xù)使用過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，應(yīng)力集中就會(huì)導(dǎo)致疲勞失效。

徐州巴特工程機(jī)械股份有限公司針對(duì)焊縫前端起弧處的冷滾、焊瘤等焊接缺陷采取的措施是使用磨光機(jī)進(jìn)行打磨處理，以此來(lái)消除焊縫前端的焊接缺陷，使焊縫前端起弧處平滑過(guò)渡，減少焊接應(yīng)力的產(chǎn)生。但是在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，該處理方式會(huì)存在如下不足：焊縫打磨外觀較差;打磨容易傷及母材;打磨區(qū)域空間較小時(shí)，打磨不易進(jìn)行操作;打磨返修時(shí)間較長(zhǎng)，打磨效率較低等。

為了解決上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們開(kāi)發(fā)了一種新的處理工藝，即TIG重熔修復(fù)工藝。該工藝的使用原理主要是使用氬弧焊機(jī)利用鎢極前端產(chǎn)生的氬弧熱源將焊縫前端起弧缺陷重新進(jìn)行熔化，清除焊縫起弧處存在的冷滾、焊瘤等焊接缺陷，并形成平滑過(guò)渡的重熔區(qū)，減少應(yīng)力集中的現(xiàn)象，使焊縫前端起弧處的焊縫性能得到較大的改善。這種TIG重熔修復(fù)方式相較于之前的打磨修復(fù)，不僅修復(fù)后的焊縫外觀有了較大的提升，而且還能大大降低操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提升修復(fù)效率、降低修復(fù)成本。因此，綜合上述試驗(yàn)驗(yàn)證得出的優(yōu)點(diǎn)，徐州巴特工程機(jī)械股份有限公司已經(jīng)著力推動(dòng)TIG重熔修復(fù)技術(shù)在工程機(jī)械零部件焊縫起弧缺陷的修復(fù)應(yīng)用。

2 工藝驗(yàn)證

使用TIG重熔修復(fù)技術(shù)對(duì)焊接缺陷進(jìn)行重熔修復(fù)時(shí)，需要平穩(wěn)放置零部件，并調(diào)整到合適的操作角度，因?yàn)橹挥姓{(diào)整到合適的角度才便于消除起弧處缺陷并重熔出平滑過(guò)渡的焊縫起弧外觀，同時(shí)按照工藝要求的重熔順序進(jìn)行起弧缺陷的重熔修復(fù)工作。工藝參數(shù)的編制方面必須根據(jù)產(chǎn)品的自身特性使用合適的氬弧焊機(jī)，并經(jīng)過(guò)反復(fù)的驗(yàn)證試驗(yàn)后，最終選擇相匹配的氣體配比、鎢極直徑、焊接電流等工藝參數(shù)。

徐州巴特工程機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是工程機(jī)械的零部件產(chǎn)品，它的主要材質(zhì)是碳鋼和鑄鋼件，產(chǎn)品的焊縫形式主要是多層多道焊接的大焊縫，對(duì)于這一類工程機(jī)械零部件進(jìn)行重熔修復(fù)工藝驗(yàn)證時(shí)，我們使用“林肯”V270-T氬弧焊機(jī)在產(chǎn)品上進(jìn)行反復(fù)的工藝驗(yàn)證試驗(yàn)，最終制定出相對(duì)合理的重熔修復(fù)工藝參數(shù)，本次工藝按照表1列舉的工藝參數(shù)進(jìn)行重熔修復(fù)處理。

2.1 外觀質(zhì)量

從現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品中選擇焊縫前端起弧不良的焊縫，通過(guò)圖1可以明顯地看出該焊縫多層多道焊接時(shí)，每一層焊縫前端起弧處均出現(xiàn)冷滾現(xiàn)象，導(dǎo)致焊縫前端整體不平滑過(guò)渡。該缺陷如不進(jìn)行修復(fù)處理，后續(xù)在使用過(guò)程中極易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，最終導(dǎo)致焊縫疲勞失效。

使用TIG重熔修復(fù)技術(shù)對(duì)焊縫前端起弧缺陷進(jìn)行重熔修復(fù)，從TIG重熔修復(fù)前后的對(duì)比效果看，修復(fù)完成后冷滾缺陷被完全消除，錯(cuò)層焊縫起弧區(qū)域平滑，焊縫與焊縫之間、焊縫與母材之間均變?yōu)槠交^(guò)渡，TIG重熔修復(fù)完成后的該種結(jié)構(gòu)形式可有效地分散焊接應(yīng)力及應(yīng)力集中現(xiàn)象，后續(xù)產(chǎn)品在投入市場(chǎng)使用過(guò)程中會(huì)大大降低應(yīng)力集中現(xiàn)象，焊縫的抗疲勞性能大大提高，產(chǎn)品的使用壽命得以延長(zhǎng)。重熔修復(fù)前后的對(duì)比如圖1所示。

3 結(jié)語(yǔ)

焊縫前端起弧缺陷TIG重熔修復(fù)代替打磨處理，會(huì)使焊縫缺陷修復(fù)工時(shí)至少降低一半，耗材成本降低約80%，同時(shí)大大降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，可有效節(jié)約人力、時(shí)間及物料成本，綜合效益更高。目前，已在徐州巴特工程機(jī)械股份有限公司工程機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中進(jìn)行大范圍的推廣應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)前期反復(fù)的工藝驗(yàn)證及產(chǎn)品的推廣使用，TIG重熔修復(fù)技術(shù)可有效地去除焊縫前端起弧處的冷滾及焊瘤等焊接缺陷，具有缺陷修復(fù)時(shí)間短、效率高，不會(huì)傷及母材，便于操作且修復(fù)外觀較好的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)TIG重熔修復(fù)后，焊縫組織晶粒細(xì)化，可有效提高焊縫的疲勞強(qiáng)度和延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命等，適合在工程機(jī)械行業(yè)進(jìn)行大范圍的推廣使用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]哈爾濱工業(yè)大學(xué)，方洪淵.焊接結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]侯濤.焊趾TIG重熔層激冷處理對(duì)殘余應(yīng)力分布影響的研究[D].大連：大連交通大學(xué)，2008.

[3]趙靜彬，曲金光，盧靜.TIG重熔工藝對(duì)焊縫區(qū)殘余應(yīng)力的影響[J].焊接技術(shù)，2003（6）.