文清平,吳 智
(四川信息職業技術學院,四川 廣元 628017)
隨著世界制造中心向中國遷移,中國在制造領域發揮著越來越重要的作用,焊接作為制造領域最重要的制造手段之一,也在發揮著越來越重要的作用。隨著制造裝備的發展,傳統的單道焊或者單道多層焊已經不能滿足生產的需要,為此在厚板焊接中,大量采用多層多道焊。
實施多層多道焊時,因焊縫截面不受限制,能在較大范圍內調整熱輸入和焊接速度,因此對焊接熱循環的調整較大。
對于不易淬火鋼,可降低過熱區高溫停留時間,防止晶粒粗大,減少魏氏體組織,此外多層多道焊后,焊道對前一焊道和熱影響區進行再加熱。在AC 3以上再加熱區,發生正火那樣的組織轉變,形成細小等軸晶,細化晶粒。在此溫度范圍的焊縫柱狀晶消失,塑性和韌性得到改善。
對于易淬火鋼,在回火溫度加熱區,使淬硬組織軟化,塑性和韌性得到改善。同時通過調節多層多道焊熱輸入和冷卻時間,改變焊接順序,達到控制結構變形和應力。
焊縫結晶通常是從熔合線上未熔化晶粒開始結晶,沿著與散熱相反方向長大,形成柱狀晶,因此焊縫中心線附近往往后結晶,由于焊縫化學成分的偏析,造成凝固溫度高的金屬先結晶,凝固溫度低的金屬后結晶,在結晶處存在低熔點的共晶雜質,造成宏觀偏析產生熱裂紋、夾雜、氣孔。
多層多道焊由于將單道分為數道,結晶時焊縫雜質元素偏析分散,不會集中與焊縫中心線上,可避免產生焊縫中心線熱裂紋。
在異質鋼的焊接中,多層多道焊通過調整焊縫寬度及熱輸入,對焊接性差的一側母材,采用小焊接能量,不擺動焊接過渡層;在焊接性較好的一側,采用較大線能量,既能控制熔合比,又能提高生產效率。
多層多道焊在實際生產中,根據不同情況可分為:
(1)長段多層多道焊。所謂的長段多層多道焊,就是每道焊縫長度較長,并在1 m以上,因此在下一道焊縫焊接前,前層焊縫已冷卻到較低溫度,并可以根據結構受熱情況,調整焊接順序,有效控制焊接變形。
(2)短段多層多道焊。所謂的短段多層多道焊,就是分段逐層焊接,每段焊道長度較短,僅為50~500 mm。采用短段多層多道焊時,可獲取窄熱循環曲線,使得奧氏體轉變溫度AC 3以上停留時間短,避免奧氏體晶粒粗化。同時由于采用短段多層焊接,當焊縫冷卻到馬氏體轉變溫度時,再立刻焊接第二層,這樣第一層焊縫及熱影響區金屬受到第二層焊縫焊接時熱的作用,溫度有所上升,減慢了冷卻速度,可有效避免淬硬組織出現。
短段多道多層焊,可以解決高溫停留時間與冷卻速度難以同時降低的矛盾。這種熱循環調節,十分適用于焊后晶粒容易長大且容易淬火的鋼種。應用短段多層焊,主要是合理確定每段焊縫的長度,如果焊道過長,則前一焊縫已冷卻至馬氏體轉變溫度以下,并產生馬氏體組織,可能產生裂紋;若焊道過短,則會是焊縫及熱影響區在高溫停留時間過長,造成晶粒粗化。
(1)焊縫形面應圓滑過渡,防止應力集中;
(2)每層焊縫避免產生夾角及除第一層焊縫外應錘擊焊縫消除應力,每道焊縫都要清渣,防止產生夾渣;
(3)不開坡口角焊縫,第一層應采用較大電流保證根部焊透,蓋面層采用較小電流,以保證成形美觀;
(4)多道焊的時候焊槍不需要擺動,在多道焊的時候擺動容易產生層間未熔合的缺陷,而且多層多道焊接焊槍角度也很重要,焊槍角度不正確也容易引起層間未熔合缺陷。
實踐證明,采用多層多道焊,選擇合理的焊接工藝措施,不但能夠控制結構的焊接形變和應力,而且能保證焊縫的組織和性能,有效提高產品品質。
[1]中國機械焊接學會.焊接手冊(第三卷)·焊接結構編 [M].北京:機械工業出版社,2008.
[2]徐粗雄.焊接工藝500問[M].北京:機械工業出版社,2001.