CO2氣保藥芯焊絲堆焊側彎不合格原因分析

王天先

(青島蘭石重型機械設備有限公司，山東 青島 266426)

CO2氣保藥芯焊絲堆焊側彎不合格原因分析

王天先

(青島蘭石重型機械設備有限公司，山東 青島 266426)

通過對CO2氣保藥芯焊絲堆進行焊工藝試驗發現，焊接電流、干伸長度、搭接量(S)三個工藝參數制定不當，是導致堆焊層側彎不合格的重要因素。同時對CO2氣保藥芯焊絲堆焊的主要工藝參數進行了分析說明，確定了不銹鋼CO2氣保藥芯焊絲堆焊的最佳焊接工藝規范參數。

CO2氣保藥芯焊絲堆焊；側彎；焊接電流；干伸長度；搭接量(S)

0 前言

加氫反應器和進／出料換熱器等煉化設備的接管內壁耐蝕層大多數采用CO2氣保藥芯焊絲進行堆焊(3 mm過渡層+3.5 mm表層)，產品堆焊前都應按JB4708-2000和產品技術條件要求進行焊接工藝試驗和評定。在進行CO2氣保藥芯焊絲堆焊工藝試驗及評定的過程中，發現有堆焊層側彎不合格的現象，就此情況進行了以下分析和試驗。

1 焊接試驗及結果

1.1 試驗條件及規范

評定母材為2.25Cr-1Mo，規格δ＝30 mm；過渡層和表層的焊接材料分別選用日本神鋼DW-309L和DW-308L，規格φ 1.6 mm；CO2氣保藥芯焊絲堆焊；堆焊層焊后進行690℃×26 h退火處理；具體焊接規范參數如表1所示。

1.2 試驗結果分析

試驗項目及結果如表2～表5所示。

2 試驗結果分析

由試驗結果可以看出，側彎及過渡層硬度均不符合技術條件要求(HV10≤250)。不合格側彎的剖面宏觀照片如圖1所示，由圖可知，堆焊過渡層的焊道呈“梨”形，“梨”形焊道是造成堆焊層側彎不合格的原因，而“梨”形焊道是由于堆焊焊接工藝參數不當所造成的。不銹鋼藥芯焊絲堆焊的工藝參數主要有：焊接電流、焊接電壓、焊接速度、干伸長度、搭接量等。下面就焊接參數對堆焊層的影響進行分析。

2.1 焊接電流

焊接電流與堆焊焊道成形、熔深、稀釋率、機械性能均有關系。在其他參數恒定的情況下，選擇I＝200～220 A、I＝220～240 A、I＝240～260 A三種電流范圍內進行堆焊，其焊道成形如圖2所示。從焊道成形來看，堆焊焊道1(I＝220～240 A)的成形最佳；焊道2(I＝240～260 A)焊道表面粗糙，焊道熔深較大，焊道截面呈“梨”形，堆焊層的稀釋率增大，造成堆焊層的硬度偏高、側彎不合格，這與試驗結果一致。因此，堆焊采用直徑φ 1.6 mm的藥芯焊絲，其焊接電流不宜超過260 A。

2.2 焊接電壓

對于藥芯焊絲來說，焊接電壓和焊接電流的匹配很重要。在焊接電流一定的條件下，電壓過低，堆焊焊道過高過窄，下一道焊接時容易造成夾渣；電壓過高，堆焊焊道較寬，堆焊層厚度達不到技術條件的要求。經試驗確定，對于直徑φ 1.6 mm的藥芯焊絲，其焊接電壓在30～34 V時焊道成形最佳。

表1 焊接規范參數

表2 側彎

表3 晶間腐蝕、顯微組織及硬度

表4 堆焊層化學成分 %

圖1 不合格側彎剖面宏觀照片

表5 最佳焊接規范參數

2.3 焊接速度

焊接速度對不銹鋼藥芯焊絲堆焊的焊道和堆焊層的稀釋率有直接影響。焊接速度太快，堆焊焊道窄而薄，容易與下次焊道重疊，并且稀釋率偏高，增加堆焊層鐵素體含量，焊道退火后，鐵素體轉變成的碳化物脆硬相(σ相)增多，同時增加了堆焊層硬度，最終導致側彎性能不合格。反之，焊接速度太慢，易造成堆焊厚度過高，增大焊道的濕潤角，這樣下一道焊接時易產生焊道下夾渣，同時堵塞噴嘴、使保護氣體流通不暢，進而影響焊道表面成形質量。

2.4 干伸長度

干伸長度對電弧的穩定性、焊道熔深、電弧能量都有影響。焊絲伸出長度太長，會造成電弧不穩定和焊道成形較差，且飛濺較大。焊絲伸出長度過短，易造成電流較大、熔深較深、稀釋率增大、堵塞和燒損導電嘴，保護效果變差，易產生氣孔等缺陷。經試驗確定焊絲伸出長度應在20～25 mm為最佳。

2.5 搭接量(焊絲與前堆焊焊道間的距離)

堆焊焊道之間的搭接量直接影響產品堆焊層不平度的程度，并且道與道之間搭接量不合適，對堆焊層的側彎性能影響較大。為了使堆焊層的不平度滿足產品技術條件要求，并且堆焊層側彎性能合格，采用焊絲相對位置(S)來確定道與道的搭接好壞程度。為此，進行了4組試驗：焊接參數為恒定值，即I＝230 A，U＝33 V，v＝400 mm／min，干伸長度22 mm。

2.5.1 S＝-1.5 mm

焊道成形如圖3所示，堆焊后搭接處下凹，解剖后發現道與道之間的熔合線呈較大的鋸齒形，側彎均不合格。

2.5.2 S＝0

焊道成形如圖4所示，堆焊后搭接處微下凹，解剖后發現道與道之間的熔合線呈較小的鋸齒形，側彎50%不合格。

圖3 S＝-1.5 mm

圖4 S＝0

2.5.3 S＝+2 mm

焊道成形如圖5所示。堆焊后搭接處微平整、光滑，表面成形美觀，解剖后發現道與道之間的熔合線呈微小的波浪形，側彎和硬度均合格，解剖宏觀照片如圖6所示。

圖5 S＝+2 mm

圖6 解剖宏觀照片

2.5.4 S＝+4 mm

焊道成形如圖7所示。堆焊后，焊道重疊太多，堆焊層厚度超標，不能滿足技術要求。且焊道高而窄，使焊道濕潤角增大，容易在焊道搭接處產生夾渣，影響焊接質量并浪費焊材。

圖7 S＝+4 mm

由以上4組試驗可以看出，焊絲相對位置(S)在+2 mm時，堆焊焊道成形美觀，堆焊層不平度能滿足技術條件要求，且機械性能良好。

3 結論

通過上述焊接試驗，分析了影響不銹鋼藥芯焊絲堆焊層側彎不合格的原因；獲得了堆焊焊道成形、機械性能良好的最佳堆焊焊接工藝參數，為工藝評定試驗和產品部件的堆焊焊接提供了科學依據。焊接電流太大或干伸長度太短，易使堆焊焊道呈“梨”形，堆焊層的稀釋率增大，退火后造成堆焊層的硬度偏高。搭接量不夠，即焊絲相對位置(S)選擇不當，易使焊道熔合線處呈較大鋸齒形，側彎時應力集中導致試樣開裂。因此，為了保證堆焊層的質量，應高度重視焊接電流、干伸長度、搭接量這三個參數。

采用試驗總結了最佳堆焊工藝參數(見表5)，重新對該材料進行了CO2氣保藥芯焊絲堆焊工藝評定，按JB4708-2000、《加氫反應器堆焊技術條件》對其進行評定，結果滿意，各項性能指標均符合要求。

3 切割機的主要設計特點

該自動切割機利用簡單的正弦曲線運動機構控制割炬的復雜運動，只要改變偏心機構的回轉半徑e就可實現不同直徑的筒體與接管相交所形成的相貫線曲線的自動切割。給出了偏心機構的回轉半徑的計算公式，為該機調試提供了方便。

所設計的自動切割機，割炬的轉動與上下的同步運動采用直接傳動，動作協調、傳動平穩，避免了傳動積累誤差，提高了割炬運動重現性的精度，可在多種位置點火切割。該切割機切割的相貫線曲線展開示意如圖3所示。

圖3 相貫線曲線展開長度示意

該切割機使用的操作機、行走小車、滾輪架等都可直接向專業生產廠商購買對應型號的產品，簡化了設計過程，縮短了生產周期，降低了生產成本。

該切割機利用正弦曲線機構將簡單的機械運動變為割炬端部復雜的曲線運動，實現了相貫線曲線運動軌跡的自動切割，簡化了電器控制線路，使切割機的結構簡單，操作方便。

該機設計成手動和全自動兩套控制系統，對于單件、少批生產或新產品試制，通過硬件程控電路，控制割炬切割，操作調整方便，降低了生產成本。對于大批量生產，通過單板機控制，實現了切割過程自動控制，保證了質量，提高了生產效率。

4 應用效果

該機研制成功之后，通過對筒體切割的實際應用，取得了明顯的經濟效益，降低了切割成本，提高了切割質量，比手工切割的效率高3～5倍，切割質量穩定可靠。用該切割機切割的相貫線曲線，經焊接工藝試驗焊縫表面光滑，成形良好，焊接質量完全滿足要求。

5 結論

(1)所研制的大直徑筒體相貫線曲線切割機，結構簡單，傳動平穩，運行可靠，特別適合大直徑筒體相貫線曲線的自動切割。

(2)割炬的轉動與上下移動，兩者同步、協調，可在工件的任意位置點火、切割，不存在傳動積累誤差，結構簡單，操作調整方便，工作可靠。

(3)實際應用證明該機可大大提高生產效率，切割質量穩定可靠。

(4)經進一步改進，用焊槍代替割矩，還可對相貫線曲線自動焊接。

[1]林尚揚.關于弧焊機器人的應用[R].合肥：在全國機械行業焊接自動化研討會上的工作報告，1995.

[2]張忠厚，孫俊生.管連接自動焊接機凸輪設計主要參數的計算[J].山東工業大學學報，1992，22(4)：77-81.

Analysis cladding welding with side-bend unqualified of FCAW with CO2gas-shielded

WANG Tian-xian
(Qingdao LS Heavy Machinery Equipment Co.，Ltd.，Qingdao 266426，China)

This article according to the welding process experiment of FCAW with CO2gas shielded shows that welding current，stickout，overlap(S)，are the main welding parameters which lead to overlay side-bend unqualified of FCAW with CO2gas-shielded.By analysing the welding parameters，we definite the best welding parameters for FCAW with CO2gas shielded.

FCAW with CO2gas shield；side-bend；welding current；stick-out；the mount of overlay

TG444+.73

B

1001-2303(2010)02-0074-03

2009-12-09

王天先(1975—)，男，甘肅武威人，工程師，學士，主要從事壓力容器焊接設備調試、焊接工藝評定以及新材料的焊接試驗工作。