磨機承重結構件的全熔透焊接工藝與缺陷防止

孫 羽

（濟南重工股份有限公司，濟南 250000）

根據產品圖紙要求，每個支撐部件要求8條全熔透焊縫，焊縫均為立焊縫，高度大于1500mm的焊接接頭（見圖1、圖2）。全熔透焊縫要求兩塊母材（材質為SS400）通過焊接連接，焊接接頭必須達到100%的熔透，這種焊縫絕大多要求磁粉探傷或超聲波探傷。本文論述中涉及的焊接件為關鍵設備承重件，其焊縫為Ⅰ級焊縫，一側焊完后背面必須清根，整體焊成后打磨外觀，各焊縫均按照相關標準進行超聲波探傷。

圖1 部分焊接接頭

圖2 焊接接頭簡圖

1 熔透焊接工藝

1.1 焊材要求

根據甲方圖紙要求，結構件所用焊材牌號為SJF-711，該種焊絲為碳鋼及490MPa級高強度鋼用氣體保護藥芯焊絲，可采用直流反接，穿透深，在滿足承重載荷的同時也可并用于要求沖擊韌性的場合。其主要特點包括：全位置焊接作業性佳、煙塵量少、電弧柔和而穩定、焊渣覆蓋完整且極易清除、X光射線檢測性能優，適用于船體、海洋鉆井平臺、壓力容器及重型機械的焊接。

1.2 焊接工藝及參數

（1）惰性氣體保護焊焊前預先焊上支撐和護板（見圖3、圖4），預熱100～160℃。

（2）焊接過程保持各層間溫度不低于150℃，打底焊過程中注意采用較小焊接電流和電壓（見表1）。

（3）多層焊過程注意焊接順序，依次成對焊接對稱的焊縫，焊接速度保持均勻。

（4）焊后注意焊縫局部用石棉保溫，防止焊縫晶粒冷速過快，以消除焊接殘余應力。

（5）整個過程勿用烤火調變形，防止對母材合金元素燒損造成強度改變，影響金屬力學特性。

特別需要注意的是，第一層打底層的焊接在整個焊接過程中很重要，由結構件焊接工藝的參數提供指導，在打底焊的過程中根據施焊情況需要不斷調節焊接電壓電流，因此，打底焊在保證相對平穩較低的焊接電流電壓同時還要求較低的送絲速度，盡量避免產生焊接缺陷。

圖3 預加的支撐

圖4 預加的護板

表1 氣體保護焊焊接工藝參數

焊絲伸長度a（見圖5）是指焊絲的端頭至導電嘴端頭的距離。焊絲的熔化速度根據電弧和電阻熱共同決定，焊絲熔化速度與焊絲干伸長成正比，即干伸長越長，焊絲熔化速度越快，熔池越易填滿。為保證氣體保護效果和焊道成形良好，不同焊層焊絲伸長度也不同。

圖5 焊絲伸長度a

2 全熔透焊縫焊接缺陷分析

2.1 尺寸缺陷

該類缺陷既包括焊縫的局部尺寸偏差，也包括焊縫焊高、焊腳不符合圖紙等，焊縫表面未打磨，凸凹不平、波紋粗大，這些缺陷不僅使焊縫不美觀，而且易造成應力集中，影響焊縫質量，使整個部件尺寸超差（見圖6）。

圖6 探傷未合格焊縫

2.2 焊縫缺陷

焊縫缺陷分為外部缺陷和內部缺陷。外部缺陷主要包括焊接裂紋、咬邊等，都屬于惰性氣體保護焊焊接過程中最常見的缺陷。外部焊縫缺陷可以通過打磨、氣刨重焊等方案解決。但內部缺陷的存在不易發現，包括未熔透、夾渣、氣孔等，焊接缺陷的存在直接降低了焊接接頭的力學性能，且造成應力集中，導致結構破壞，使焊接結構無法承受實際載荷。

3 防止全熔透焊縫缺陷的措施

3.1 做好焊前準備工作

在工件鋼板上根據圖紙要求的板厚加工相應的坡口和鈍邊，單側坡口角度為45°～60°較合適。打磨焊縫周圍（焊道兩邊30mm）母材上的鐵銹和油污，露出金屬光澤。各工件板在工作平臺上定位點焊時，需要留出間隙（預留4～5mm），以保證焊縫根部完全熔透。為方便操作，定位焊點應適當設在焊縫的兩端，防止焊接收縮變形后產生尺寸誤差。

另外，由于厚板大坡口焊縫在焊接過程中，焊接電流變化范圍過大，焊接熱輸入量過高，會產生焊接變形。因此，在焊前需要將對稱工件背對背定好，點焊牢固，或根據以往工程經驗預留出收縮變形量。

3.2 焊接應力控制

焊接殘余應力的大小是影響構件焊接質量好壞和生產率高低的最重要因素之一。在該系列部件中我們釆取四角同時對稱焊接的大順序，單個腿部分側焊接的小順序來作業，這樣使焊接接頭積聚的熱量盡可能少，導致的變形也就最小。此外，多層焊中上層焊縫對下層道焊縫具有回火作用，使焊縫的殘余應力部分得到釋放。但由于兩側的焊道填充不均勻，所產生的殘余應力造成的角變形和豎直方向變形也是不一樣的，因而加入反變形措施（支撐護板和方鋼），用以消除部分殘余應力。此外，焊接完成后需等待48小時后才可卸去支撐和護板。

3.3 主要焊接順序

焊接件常規多層多道焊時采用的一般工藝如下：（1）為使殘余應力最小，相鄰焊道之間應采用首尾相接的次序；（2）采用先焊兩端后焊中間的分段焊法不僅能弱化整個焊縫區域的低殘余應力集中，更可以有效防止兩端變形；（3）部裝中對稱分布的焊縫采用多人同時對稱焊法；（4）環焊縫兩人焊接時交替首尾相接。

4 結語

通過新工藝的制定和執行，加上大家的共同努力，該批次結構件全熔透焊縫90%以上探傷合格，在經過較少的返修工序后最終順利通過了嚴苛的驗收。由此可以發現我們自身的不足，包括工藝改進的積極性，質檢員現場跟蹤的不到位，焊工細節意識缺乏等。但每個項目的完結讓我們不斷認清自身不足的同時，也給予了我們創新的勇氣和前進的動力，讓我們明白產品質量的好與壞直接決定了產品的層次，相信在未來的工作中，我們將會做得更好。