基于焊接缺陷的厚板零件焊接工藝優化

孫 兵 李杰鋒

（南京航空航天大學 無人機研究院，南京 210016）

1 T型零件的焊接工藝

1.1 焊前準備

為了保證焊后強度并減少焊接缺陷，采用機械加工方式對待焊工件開60°坡口，零件對接端面留1mm厚度。在焊接前采用丙酮或其他有機溶劑清潔坡口并自然晾干。另外焊接時，采用支撐塊支撐在零件下方，確保零件與待焊接面處于同一平面，便于焊接操作。

1.2 工藝方法及參數

1.2.1 手工電弧焊接

焊接工序主要分三步：第一步，焊接時在焊縫正下方用電爐盤加熱，溫度至350℃后開始焊接，并保持在250～350℃；第二步，先在一面焊接一道，接著翻轉零件在另一面焊接，即采用對稱焊接交替在兩面焊接，減小焊接變形；第三步，每焊一道去除焊渣，并用砂輪磨頭打磨焊縫及其周邊至見到金屬色，接著再進行下一道焊接。重復上述步驟，直至焊接完成，最后去除焊渣。

所用焊條為低氫焊條，牌號為HTJ-2，可以有效提高焊縫的抗裂性及力學性能。鋼芯材料為h18CrMoA，直徑3mm。焊接時對焊條進行烘干，烘干溫度420℃，烘干后在100℃保溫下進行保溫1h，隨用隨取。

焊接電流強度120～160A，焊條運動路徑為直線，以減小焊道寬度，避免氣體或水蒸氣進入焊縫。焊接結束時，焊條要快速重復引燃2～3次，將弧坑填滿，防止產生弧坑裂紋和縮孔。

1.2.2 鎢極氬弧焊+手工電弧焊焊接

焊縫底部熔合后，接著用手工電弧焊堆焊，焊接過程同樣是采用對稱焊接，即先在一面焊接一道焊縫，去除焊渣，并打磨焊縫及其周邊至見到金屬色。再對稱焊接下一道焊縫，重復以上步驟直至焊接完成，最后去除焊渣，采用焊條及工藝參數與單一的手工電弧焊相同。

1.2.3 去應力退火

焊接完成后，立即將焊件放入烘箱中去應力退火。退火溫度為400℃，保溫2h后，關閉電源，待焊件冷卻至室溫后出爐。

1.2.4 焊縫檢測

首先利用十倍放大鏡對焊縫表面進行宏觀檢查，檢查是否存在裂紋；接著利用工業X光機對焊縫內部質量進行檢查，檢查是否存在裂紋、夾雜、氣孔、未熔合、未焊透等缺陷。

2 T型零件的焊接工藝檢測結果及討論

2.1 檢測結果

上述兩種焊接工藝檢驗結果表明，兩種焊接工藝下的焊件焊縫都不存在裂紋、氣孔、夾雜的缺陷。但采用工藝一，即手工電弧焊焊接的零件，在焊縫中存在未熔合或未焊透的焊接缺陷，且出現在焊縫中間，即第一道焊縫處。而采用工藝二，即鎢極氬弧焊+手工電弧焊焊接，焊縫質量良好，不存在未熔合、未焊透的缺陷，滿足設計需求。檢測結果如表1所示。

表1 焊縫質量檢測結果表

2.2 討論

兩種焊接工藝焊接過程均沒有產生熱裂紋，其原因是在焊接前對零件進行了預熱，且焊接過程中一直保持較高的溫度，使該厚壁零件形成了均勻的溫度場，避免了溫度不均勻產生的拉應力導致熱裂紋的形成。沒有產生冷裂紋的原因，除了與焊接過程中保持較高的溫度場有關，還與焊后去應力退火有關。采用退火處理避免了焊縫快速冷卻導致的淬硬傾向，同時幫助焊件釋放冷卻內部多余的熱應力，從而消除了冷裂紋的產生。

沒有產生氣孔、夾雜的原因有三點：第一，焊條材料與工藝參數的選擇正確；第二，對焊條進行了烘干，焊接過程加熱保溫，避免焊縫中存在水分，從而消除了氣孔出現的隱患；第三，焊接過程中，每焊完一道焊縫均對焊縫表面進行打磨，避免雜質進入焊縫。

采用手工電弧焊工藝，焊接的焊縫中出現未熔合、未焊透，原因是由于坡口對接處僅有2mm，采用該工藝易在焊縫對面形成不均勻焊瘤。由于對接處很薄，打磨太深則容易將焊縫打穿或打磨過薄，這樣當焊接另一面時又容易在對面產生焊瘤，多次反復打磨后易出現打磨不徹底、未熔合、未焊透等缺陷。采用手工鎢極氬弧焊+手工電弧焊工藝焊接時，先用鎢極氬弧焊對焊接處進行不加焊料的熔焊，可以避免該問題的產生，確保焊縫第一道金屬完全熔合焊透，從而消除了未熔合、未焊透等隱患。

3 結論

在本文研究的焊接優化工藝中，采用手工鎢極氬弧焊打底焊，確保了第一道焊縫中金屬熔合良好，不存在未熔合、未焊透的缺陷；接著用手工電弧焊堆焊，在每焊完一道焊縫后打磨焊縫表面，去除表面氧化層及雜質；最后對焊件進行去應力退火。最終經X光檢測，結果表明焊縫質量良好，不存在未熔合、未焊透、裂紋等焊接缺陷，達到了設計要求。