U型陶瓷墊板在對接焊縫中的應用

陶瓷墊板焊接是一種以特殊陶質材料為襯托、使焊縫強制成型的高效、優質、低成本的焊接方法。這種焊接方法避免了清根作業，減輕了焊工的勞動強度，使焊接生產效率成倍提高，焊接質量得到保障，同時對人體及環境不會造成危害。與傳統焊接方法相比，陶瓷墊板焊接是一種符合可持續發展戰略的“綠色”焊接方法，目前正在我國推廣使用。

1.普通墊板焊接的缺陷

目前使用動臂機器人焊接時，對接焊縫接頭處大都采用普通墊板進行過渡。此種焊接方法存在以下3個缺陷：一是焊縫起弧、收弧處不同程度出現弧坑凹陷情況，焊縫存在質量隱患。二是焊接時只有將起弧、收弧處焊縫延長20mm以上，才可保證焊接質量，且焊縫引出越長，焊縫塌陷、余高不足越明顯。三是需進行焊縫接頭補焊、清根和填焊處理。進行清根處理不僅會造成接頭處過熱、組織晶粒增大，還會增加焊后處理工作量。普通墊板只采用尺寸為8mm×22mm的Q345B型鋼材。對接焊縫接頭普通墊板結構如圖1所示。

2.陶瓷墊板焊接實驗

針對普通墊板焊接存在的問題，結合國外的先進技術，我們在對接焊縫的起、收弧處增加陶瓷墊板，通過多次實驗取得了很好的效果。實驗用陶瓷襯墊主要尺寸如下：根部寬度為12mm，頂部寬度為25mm，坡口夾角為45°，如圖2所示。實驗時使用焊接機器人，采用富氬混合氣體（Ar+CO2+O2）保護，焊接方向以后退法（右向法）為主。采用尺寸為8mm×22mm的Q345B型鋼材+陶瓷墊板結構。

（1）陶瓷墊板焊接的特點

經實驗，我們發現陶瓷墊板焊接具有以下3個特點：一是熔點合適。在電弧熱作用下，陶瓷墊板凹槽表面發生熔化，對焊縫金屬起潤滑作用，增加了液體金屬的流動性，使熔化金屬能均勻地鋪展在陶瓷墊板里面。二是陶瓷墊板按要求烘干后，其吸水性較差，焊縫含氫量低，不易在焊縫接頭處出現冷裂紋。三是陶瓷墊板采用粘貼定位，避免了因工件移動造成陶瓷墊板脫落、錯位，以及焊縫焊漏、成形不良等問題。

（2）坡口根部間隙

焊縫接頭坡口根部間隙直接影響到接頭的焊接質量，同時對焊接過程的穩定性也會產生一定影響。實驗過程中，我們將焊縫根部間隙控制在2～10mm范圍內。實驗結果表明：在正常焊接條件下，間隙的最佳值為4～6mm。在此范圍內焊縫成形美觀、焊渣飛濺小。間隙小于4mm時，焊縫根部容易出現未熔合情況；間隙大于10mm時，陶瓷墊板的底部寬度不足，無法進行正常焊接。

（3）坡口角度

實驗證明，坡口角度為45°時，焊接效果最佳。坡口角度太大時，金屬填充量增多、焊接效率低、焊接熱輸入大、焊接變形大；坡口角度太小時，電弧距離坡口根部過高，特別是在板材較厚情況下，焊槍難以深入到坡口底部，由此可造成電弧穿透力變差、焊縫成形不良、焊縫根部未熔合。

3.兩種焊接方法對比

（1）焊接效果

我們對采用普通墊板和陶瓷墊板的對接焊縫接頭進行了大量焊接對比實驗，其結果顯示，采用這2種焊接方法的焊接效果存在明顯差別。圖3所示為采用普通墊板焊接對接焊縫的焊接效果。采用普通墊板焊接的接頭，起弧、收弧處存在塌陷，引弧、熄弧處引出焊道不足10mm，焊縫容易發生氣孔、裂紋等焊接缺陷。

采用陶瓷墊板焊接的接頭起弧、收弧處焊縫飽滿，塌陷得到改善，引弧處焊縫長度超過20mm，可有效減少焊縫熱裂紋和氣孔，接頭焊接質量得到了很大改善。

（2）焊后處理

采用普通墊板焊接需進行焊后處理，其存在以下3個缺陷：一是需進行清根處理，即將母材刨出一凹坑后，需再將凹坑填滿。經清根處理后的母材，其力學性能下降，對接頭的焊接質量將產生很大影響。二是需消耗大量碳棒并花費大量作業時間，且對環境產生比較嚴重的污染。三是焊工勞動強度大，對人體傷害比較嚴重。

采用陶瓷墊板進行的焊后處理，其具有以下4個優點：一是不需要進行清根處理，只需將引弧部位切除、打磨即可，是“綠色”焊接的發展方向。二是不用對母材進行碳刨，不會影響母材強度，同時改善了焊接接頭的力學性能。三是大量減少了碳刨用量，提高了工作效率。四是改善了焊工的作業條件，對人體傷害較小。

（3）成本對比

2種焊接方法的綜合成本如附表所示。通過對比，發現采用陶瓷墊板后，綜合成本并沒有增加，且很大程度上縮短了生產周期。

采用陶瓷墊板進行對接焊縫接頭焊接，提高了對接接頭焊縫質量和生產效率，改善了焊工的勞動條件，符合“綠色”焊接技術發展方向，具有很好的經濟與社會效益。

（作者地址：福建省廈門市集美區灌口鎮廈門廈工機械股份有限公司挖掘機事業部技術工藝部361023）