閥門堆焊修復工藝探討

徐書劼，韋家明

（中國中車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇南京210000）

閥門堆焊修復工藝探討

徐書劼，韋家明

（中國中車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇南京210000）

根據熔焊成型要求調整焊接工藝參數，焊槍起弧、熄弧控制。分析熔焊成型件存在的缺陷及形成原因，給出熔焊成型件成型質量評定指標。通過模擬件堆焊工藝試驗解決焊縫起弧點選擇、焊縫路徑規劃和焊道間距設置等問題。

閥門；路徑規劃；堆焊

0 引言

閥門是結構復雜且負荷較重的重要機件，要求有足夠的強度且耐熱性好。實際工況是，閥門底部表面是燃燒室的頂壁，承受機械負荷、高溫和由氣體施加壓力的熱負荷，同時承受緊固安裝連接螺栓的預緊力并伴隨冷卻水和高溫氣體對螺栓的腐蝕。選用性能良好的材料堆焊密封面，能顯著延長閥門的使用壽命，同時節省大量合金材料[1]。

1 閥門結構分析

兩端對稱的閥門，堆焊合金內的中心部分。焊接部分的45°斜面，中心點附近（即15°角變化，60°底面），焊接左部分和右邊緣朝向中心，并具有45°角的寬度，堆焊邊緣處有圓角過度，堆焊高度6.5 mm。對稱閥門待焊區域如圖1所示。

由于閥門堆焊部分不在一個平面，而是由長邊方向圓弧組成的，焊接過程中必須保證工件隨中心軸的轉動同步焊接，使焊縫中點始終處于水平位置最低點，這樣每一條焊縫都在水平或接近水平面位置焊接，保證熔池有足夠時間凝固[2]。

2 堆焊路徑選擇

堆焊作業中，堆積軌跡

熱輸入會影響焊接成型過程，從而影響工件的堆焊成型質量，因此要根據不同堆積軌跡的特征（圖2），選擇適合的堆焊路徑。

（1）平行掃描法。如圖2（a）、圖2（b）所示，焊接成型過程中，沿掃描線堆疊的長邊會影響沿該掃描線短邊熱輸入的部位，引起部件成形時溫度場的變化。特別是在焊接轉向位置，高溫加熱時間長會影響焊接質量。

（2）隔行堆積法。如圖2（c）所示，從焊接角度看，隔行堆積比逐行堆積更接近常規焊接過程。因為采用隔行堆積時，前兩條焊縫都不會受到其他焊縫的干擾，后面焊縫在前兩條焊縫間成型，與常規的焊接過程相似，焊縫對稱成型。而采用逐行堆積，后面的焊縫會受到前面焊縫的干擾，使成型不對稱。

圖1 閥門待焊區域示意圖

（3）輪廓和方向平行結合堆積法。如圖2（d）所示，該方式的優點是可以先對輪廓采用較小層厚的掃描以確保零件表面光滑，內部區域采用最大層厚掃描以保證最快的堆積速度。缺點是轉向時溫度場的變化影響焊接質量。

（4）輪廓平行掃描法。圖2（e）、圖2（f）都為輪廓平行掃描方法（“回”字形焊接），不同之處在于圖2（e）從外往內平行輪廓掃描，而圖2（f）是從內往外平行輪廓掃描，這兩種方法會使熔焊成型過程中的散熱條件等發生變化。這兩種方法，避免了前兩種方法的缺點，保證焊接質量良好。因此，閥門焊接采用圖2（e）或圖2（f）的“回”字形焊接方法，是較合適的焊接路徑。

3 堆焊工藝試驗

3.1 焊接起弧點的選擇

起弧點的焊接質量較難控制，將它選在角焊縫上，而不是放置在難度較大的L形焊縫的拐點，考慮到焊道間距，把起弧點選在距離右側圍板48 mm的位置。

3.2 焊縫軌跡設計

（1）焊接工藝參數。焊接電流270 A，電壓26.8 V，焊接速度0.3 m/min，為更好的熔透側壁，在焊槍傾斜的同時增加擺動，擺動形式為Triangle，擺幅2 mm。保護氣體為99.99%的氬氣，氣體流量15 L/min。焊絲材料為H08Mn2SiA，焊絲直徑1.2 mm，焊接底板和圍板材料為低碳鋼Q235B。

（2）焊前準備、焊道布置。當焊道間距為熔寬的6/9時，焊接成型情況最好，表面均勻平整，焊縫熔寬12 mm，焊道間距設置為8 mm，具體路徑如圖3所示。

（3）操作步驟。①確定焊縫起弧點后，焊槍工作角改為40°后起弧焊接，焊接軌跡路徑為順時針“回”字形，當焊槍行走到A點時，將行走角度變為-45°。②從A點出發，沿AB邊行走，將行走角由-45°變為45°，焊槍工作角保持40°。③到達B點后，將行走角由45°改變為-45°，沿著BC邊施焊。④到達C點后，再次將行走角由-45°變為45°沿著CD邊行走。④到達D點后，向著起弧點方向行走，行走角由45°變為0°，當距離起弧點8 mm時，焊接方向轉變為垂直AD邊向BC邊行走，當行走8 mm時，再次轉換焊接方向為平行于AD邊向AB邊行走，工作角為0°，行走角為0°，每次距離焊道8 mm時，選擇順時針轉彎行走，依次焊接到熄弧點，提槍到安全點。

圖2 堆焊掃描方式

圖3 焊接路徑設計

對整個平面從外到內“回”字形焊接時，不考慮平面的角度變化。觀察宏觀金相可見模擬件底面和側壁熔合情況均良好，表面均勻平整，成型狀況良好（圖4、圖5）。

4 結語

堆焊作業中，路徑間距影響堆焊成型質量，焊縫間距過大，成型零件的強度降低；路徑間距過小，影響堆積效率并使階梯效應明顯，因此應選擇合理的路徑間距。通過試驗，定量分析路徑間距對熔焊成型件成型質量的影響。

（1）分析堆焊過程中分層、焊道間距、堆積軌跡等問題，并根據熔焊成型要求調整焊接工藝參數、焊槍的起弧、熄弧控制。分析熔焊成型件存在的缺陷，并給出缺陷成因。

（2）根據熔焊成型件特點提出質量評定指標，通過模擬件堆焊工藝試驗，解決焊縫起弧點的選擇、焊縫路徑規劃和焊道間距等問題；

（3）定性分析熔焊成型過程中路徑間距對成型質量的影響。為對熔焊成型件進行定量分析，針對單層單道焊縫的熔寬設計實驗方案。

［1］何文山.船舶柴油機[M].北京：人民交通出版社，1997.

［2］林礪宗，劉義崇，劉曉壘，等.閥體密封面鎳基堆焊工藝[J].焊接，2006，（4）.

〔編輯 李波〕

圖4 模擬件堆焊成型

圖5 3層24道焊宏觀金相

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.25

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