中厚板焊接坡口優化及推廣

白 斌,楊尚志

（酒鋼集團酒泉天成風電設備有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100）

中厚板焊接坡口優化及推廣

白 斌,楊尚志

（酒鋼集團酒泉天成風電設備有限責任公司，甘肅 嘉峪關 735100）

常見的中厚板焊接時，為確保熔透焊縫焊接質量，一般采用正面切割V型或Y型坡口，反面用碳弧氣刨進行背面清根，切割V型坡口時，一方面對焊接工作量增加，焊材消耗量也較大。另一方面也會增加作業時間，降低勞動工作效率。本文主要通過中厚板焊接坡口優化為二次火焰切割坡口，實現節約焊接材料，提高生產效率，降低勞動強度，并向操作者進行推廣應用。

熔透焊縫；二次火焰切割坡口；推廣應用

中厚板（t≥30mm)焊接之前，采用常規工藝思路：正面切割V型或Y型坡口，采用焊材熔敷金屬進行填充，背側采用碳弧氣刨進行清根，打磨金屬光澤，再進行焊接，以確保實現熔透性焊縫質量。這類傳統的工藝具有勞動強度大，生產效率較低。為了保證熔透性焊縫質量情況下，充分利用現有的焊接資源條件，實現高效率，優化焊接工藝坡口，減少人、材、機的浪費。面對當前制造行業困境形式，落實降本增效已成為當今制造企業長期堅持的一項基本義務。

本文主要通過試驗方法和結合鉚焊件生產制作的實際情況，改進焊接V型坡口為二次火焰切割坡口，減少焊材熔敷金屬填充，達到降本增效，改善操作者勞動強度和縮短工作時間的目的。

1 模型法

1.1 模型基本概況

材料選擇采用低碳合金鋼焊接試板進行，材質為Q345D，以厚度為30mm為例，切割各四塊，規格為：350×200；焊材采用CO2氣保焊絲ER50-6(直徑Φ1.6mm），試板分2組進行，均為對接焊縫，1組切割單面V型坡口（編號為A-1和A-2，如圖1所示）[1]，另外1組進行二次火焰切割單面坡口 （編號為B-1和B-2,如圖2所示）[2]。

1.2 坡口切割

坡口是指焊件的待焊部位加工并裝配成的一定幾何形狀的溝槽。根據需要，有X型坡口，V型坡口，U型坡口等，但大多要求保留一定的鈍邊。焊接坡口的選擇需要遵循的原則：1)盡量減少焊縫金屬的熔敷量，提高生產率;2)應保證熔透(焊透)和避免產生根部裂紋;3)坡口加工方便，有利于焊接操作; 4)盡量減少工件的焊后變形。

根據坡口切割的原則，我們設想在當前實際焊接坡口切割的基礎上進行優化，在保證以上原則和焊縫熔合比[3]（所謂焊縫熔合比：焊接領域中，是指熔焊時，被熔化的母材在焊道金屬中所占的體積百分比。熔合比也可以以焊道金屬中母材金屬熔化的橫截面積SB與整個焊道橫截面積SA+SB之比值來計算，即：熔合比=SB/（SA+SB））適當的情況下，對焊接坡口面進行調整角度，現將V型坡口與二次火焰切割坡口進行對照。

我們設想對兩組試板進行坡口切割，一組試板（編號A-1和A-2,如圖1所示）切割單面坡口，坡口角度規定為22°，鈍邊2mm。另一組試板（編號B-1和B-2，如圖2所示）采用二次火焰切割單面坡口，一次火焰切割坡口角度規定為21°，二次火焰切割坡口角度設想規定為17°（實際根據CO2氣保焊槍保護套直徑確定），鈍邊2mm。清除干凈坡口面及坡口兩側30mm范圍內氧化皮，并打磨至露出金屬光澤。

圖1 試板示意圖

圖2 試板熔切割坡口

1.3 組裝

試板坡口尺寸切割符合要求后，組裝時應鈍邊對稱，間隙不超過1.5mm.嚴格控制對裝出現錯邊超標或夾渣，未焊透等缺陷。詳見如圖3，圖4所示。

圖3 A對裝試板

圖4 B對裝試板

1.4 焊接

焊接過程中，記錄焊材及CO2氣體消耗及工作時間。試焊編號A-1與A-2焊接順序為：正面采用氣保焊Φ1.2焊絲打底，Φ1.6正面填充坡口一半，翻轉試板背面采用碳弧氣保進行清根，清根過程不計清根時間和碳棒數量，清根完畢后，打磨至金屬光澤，再采用氣保焊焊滿。最后再次對試板翻轉，采用氣保焊焊完剩余焊縫，如圖5所示。

圖5 A焊接試板

試板編號B-1和B-2焊接順序與A試板皆相同。如圖6所示。

圖6 B焊接試板

整個焊接試驗過程，焊接電流和電壓及焊接速度是相同的，需要詳細記錄每塊焊接試板焊接材料的用量。試驗電流，電壓及焊接速度分別規定為：22V，180A，26cm/min[4].焊縫質量，CO2氣體消耗及焊接工作時間在本次試驗數據不作研究對象（實際二次火焰切割的坡口焊接比V型坡口所消耗的CO2氣體用量及工作時間要少），本次試驗按照熔透性焊縫進行處理。

2 試驗結果

2.1 理想化試驗圖形法

焊材的用量可以采用示意圖7和示意圖8直觀的進行觀察出來。明顯二次火焰切割坡口（圖8）的焊材用量要比切割的V型坡口（圖7）焊材用量要少的多，并且可以根據作圖方式將焊縫截面測算出來（圖9陰影部分）。

圖7 A試板

圖8 B試板

圖9 節約焊材用量

2.2 面積測算法

通過采用面積測算30mm全熔透對接縫，二次火焰切割坡口比切割V型坡口焊接消耗的焊材要減少10%～20%，本次模型試驗法采用的試件長度為350mm,所以如果正式構件制作焊接時，很多構件對接縫長度遠大于350mm，焊縫越長，節約的焊材就越多，經濟效益越明顯。

3 中厚板焊接坡口的推廣

中厚板焊接通常運用在大型鋼結構，鋼架，機架及機座鋼板的對接縫[5]，基本上都是由人工操作，一般都采用焊接方法CO2氣體保護焊。結合當前生產設備實際狀況，焊接工作量大，勞動強度增加。因此，為了提高生產效率，節約生產成本，降低勞動強度，我們可以通過對中厚板的坡口進行優化，改為二次火焰切割坡口，減少坡口角度，減少焊接填充量10%～20%，節省焊接人工和焊接材料，也可以推廣運用在埋弧焊一次成型，焊接外觀美觀。

TU758