坡口橫焊及平焊在液壓支架結構件焊接中的工藝性研究

張俊

摘 要：通過試驗列出CO2氣體保護焊坡口橫焊和平焊的優缺點。結合現場生產和質量檢測，得出減少焊接缺陷的工藝參數。同時，制定合理的焊接工藝方案，以保證液壓支架結構件的焊接質量，提高生產效率。

關鍵詞：坡口;橫焊;平焊;液壓支架;焊接工藝

中圖分類號：TG444 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0058-04

Abstract： The advantages and disadvantages of CO2 gas welding groove horizontal welding and flat welding were found out through experiments. Based on field production and quality inspection， the process parameters to reduce welding defects were obtained. At the same time， a reasonable welding process plan was formulated to ensure the welding quality of the structural parts of the hydraulic support and improve the production efficiency.

Keywords： groove;transverse welding;flat welding;hydraulic support;welding technology

目前，液壓支架結構件在生產制造中常采用CO2氣體保護焊和富氬氣體（Ar+CO2）保護焊，焊接操作由人工和焊接機器人完成。多數煤機企業采用CO2氣體保護焊和人工焊接來完成支架產品的焊接。而在支架結構件中，蓋板往往是構成箱體結構的最后一個零件，一般為單側坡口焊接，此處焊縫質量決定著整體結構的穩定性和安全性。通過統計各煤礦使用液壓支架結構件的損壞位置可知，損壞情況多為蓋板處焊縫。因此，本文著重從CO2氣體保護焊和人工焊接這兩方面來進行坡口焊接試驗。

支架結構件蓋板的坡口焊接一般采用平焊和橫焊的方式。各煤機廠對坡口焊接均有自己的焊接工藝，但是，在現場生產和檢驗中，仍有許多超標的焊接缺陷存在，需要進行返修處理。本文通過對試件進行平焊和橫焊試驗，分析兩種不同焊接方式在液壓支架焊接中的優缺點，探索合理的焊接工藝，減少焊接缺陷，提高質量和生產效率。

1 平焊與橫焊

1.1 平焊

平焊是指焊接處在于水平位置或傾斜角度不大的焊縫，焊條位于工件之上，焊工俯視工件所進行的焊接工藝。

由于焊縫處在水平位置，熔滴主要靠自重過渡，操作技術易掌握，適應于初學者，可以選用較大直徑的焊條和較大的焊接電流，生產效率高，因此在生產中應用較為普遍。但是，平焊位置打底焊時，熔孔不易觀察和控制，在電弧吹力和熔化金屬的重力作用下，使焊道背面易產生焊縫咬邊、燒穿、夾渣、未焊透和未熔合等缺陷[1]。圖1為平焊宏觀腐蝕試樣，上表面平整，根部有未融合、未焊透現象。

1.2 橫焊

橫焊是焊接垂直或傾斜平面上水平方向的焊縫。

對接橫焊時熔池液態金屬及熔渣在自重作用下會往下墜，使焊道產生上側咬邊下側變高，容易造成焊瘤、夾渣等缺陷[2]。若焊接過程中操作不當，會加劇以上缺陷程度。根部實現單面焊雙面成型相對易掌握[3]。圖2所示橫焊宏觀腐蝕試樣，根部融合完好，上表面出現咬邊、焊凸現象。

2 焊接試驗及工藝

2.1 試驗材料及條件

為了更真實地模擬生產實際情況，試驗條件均要與實際生產相符合。

選擇材質為Q460C、板厚為20mm的鋼板作為母材，鋼板符合《低合金高強度結構鋼》（GB/T 1591—2018）標準，試件規格為20mm×150mm×300mm，并記錄鋼板爐批號。由于焊接母材為低合金高強鋼，因此，采用焊接裂紋敏感性相對較低、焊縫金屬塑韌性相對較高的低強匹配焊接技術能較好地控制焊接冷裂紋的產生，并保證接頭的抗斷性能[4]。焊接低強匹配選用焊絲：實心焊絲ER50-6 Φ1.2mm，焊絲符合《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》（GB/T 8110—2008）標準。母材與焊材的力學性能如表1所示。

試驗條件：焊接設備使用奧太NBC-500焊機，采用的焊接方法是CO2氣體保護焊[5]，直流反接，氣體純度99.9%，環境溫度20～30℃，室內焊接，焊工持有相應資格證書，質檢人員具備相應檢驗資格證書。

2.2 焊接工藝

試驗分三組進行，每組所采用的焊接工藝[6]不同，三組試驗分為兩種試件，試件接頭形式相同，均采用角接接頭的坡口焊縫。其中，試件一坡口大小為14mm×45°。為保證坡口大小統一，采用火焰切割機器人定位加工，切割后修磨切割表面氧化皮并見金屬光澤。試件一與試件二拼裝根部間隙控制在1～2mm，低于試件二上表面5mm，模擬主筋板與蓋板拼接形式，如圖3所示。

拼焊前將試件待焊位置及周邊20mm范圍內打磨見光，清除表面浮銹、油污及氧化皮。焊前，操作工要熟悉焊接工藝參數（見表2）中的各種要求，試驗人員及檢驗人員要記錄焊接過程中的數據。焊接完成后，相關人員對記錄的數據進行匯總，并對照焊接工藝參數進行分析。對于焊接完成后的試件，要分組做好標記，室溫靜置1d后檢驗焊接質量。

3 試驗結果及分析

3.1 外觀檢測

按照《液壓支架結構件制造技術條件》（MT/T 587—2011）標準對各組焊縫進行外觀檢驗，焊縫質量符合Ⅰ類焊縫。組一、組三試件中的焊縫外觀平整，焊道與焊道之間過渡平滑，表面每道焊縫寬度均勻;組二試件中的焊縫外觀相對較差，道間存在小夾溝，個別焊道余高偏大。經多組試驗得出結論，平焊蓋面外觀質量優于橫焊蓋面。

3.2 無損檢測

按照《焊縫無損檢測超聲波檢測技術、檢測等級和評定》（GB/T 11345—2013）標準對各組焊縫進行超聲波探傷，焊縫質量符合檢測等級B級。通過分析三組試件超聲波探傷數據可得出：組一試件焊縫易出現缺陷位置為根部，多為未熔合、夾渣;組二試件焊縫易出現缺陷位置為填充層坡口一側，多為氣孔、夾渣;組三試件焊縫內部缺陷相對組一和組二較少。經試驗得出，橫焊打底、平焊填充蓋面的焊接工藝能有效控制坡口焊縫內部質量。

3.3 宏觀檢驗

按照《金屬材料焊縫破壞性試驗 焊縫宏觀和微觀檢驗》（GB/T 26955—2011）標準對各組焊縫進行破壞性試驗，同時，根據《金屬材料焊縫破壞性試驗 宏觀和微觀檢驗用侵蝕劑》（GB/T 26956—2011）標準，使用5%硝酸酒精溶液作為侵蝕劑進行宏觀檢驗。三組試樣焊縫腐蝕后熔合線清晰顯示，焊縫均與母材熔合良好，但熔合情況各有不同。其中，組一試件平焊打底焊熔深較淺，填充及蓋面焊坡口一側熔深比直邊熔深大，如圖4（a）所示;組二橫焊打底焊熔深較組一熔深大，填充及蓋面焊坡口及直邊兩側熔深均較大，如圖4（b）所示;組三橫焊打底焊熔深較組一熔深大，填充及蓋面焊熔深與組一相似，如圖4（c）所示。

3.4 試驗分析

由于打底焊橫焊與平焊參數差異較大，因此，針對坡口焊縫平焊和橫焊的打底焊進行單獨試驗，對比兩種打底焊接方式的差異性。打底焊試驗完成后，按標準對焊

縫進行宏觀腐蝕，分析打底焊質量與實際焊接操作之間的關系。平焊打底焊要求操作技能相對較高，不易掌握，焊接電流、電壓、速度、焊槍角度匹配較嚴格，熔深較淺，操作不當時，易出現燒穿、未融合等缺陷，如圖5（a）所示;橫焊打底焊要求操作技能較低，易被掌握，焊接電流、電壓、速度選用范圍較廣，熔深較大，操作容錯率較高，操作不當時，在坡口一側易出現氣孔、夾渣缺陷，如圖5（b）所示。

液壓支架結構件的焊接，總體焊接工藝為：全位置打底焊接完成后，再進行填充、蓋面焊接。對于同一位置的多層多道焊接，需要分為兩次進行，這樣能有效控制結構件變形情況。經以上焊接試驗得出，橫焊打底焊使用電流、焊接速度均高于平焊打底焊，因此橫焊打底焊接效率較高，此焊接操作易掌握，且焊接熔深較大，焊接質量容易控制;平焊填充、蓋面使用電流、焊接速度略高于橫焊，但焊縫內部質量和外觀質量均優于橫焊填充、蓋面。

4 結論

從試驗結果來看，CO2氣體保護焊焊接坡口焊縫時，采用橫焊打底焊和平焊填充、蓋面焊接工藝時，可有效提高液壓支架結構件蓋板焊接質量和生產效率。此焊接工藝已于本廠實施，效果良好，可進行推廣。

參考文獻：

[1]張小利，周靜，張利子.CO2氣體保護焊在鋼模板焊接中的應用[J].中國機械，2015（2）：101-102.

[2]施陳晨，楊英發.試板橫焊操作要領分析與研究[J].輕工科技，2015（1）：57-59.

[3]孫壯.單面焊雙面成型的焊接工藝試驗[J].中國重型裝備，2013（1）：36-38.

[4]趙智力，王光臨，張遠健.高強鋼低匹配等承載對接接頭焊接殘余應力調勻能力[J].焊接學報，2018（7）：115-118，138.

[5]孫正夏，王兆東，紀正.CO2氣體保護焊實訓中的問題淺析[J].工程技術，2016（4）：59.

[6]馮祥利，王磊，劉楊.焊接工藝對Q460鋼CO2氣體保護焊接頭沖擊斷裂行為的影響[J].材料熱處理學報，2018（3）：159-166.