缸蓋堵板焊接工藝

榮毅 黃雄 何鳳琴

摘 要： 通過(guò)對(duì)應(yīng)力和工藝的分析，認(rèn)為焊接局部溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力;環(huán)境潮濕會(huì)引起焊條吸潮，造成電弧不穩(wěn)、飛濺增多，導(dǎo)致大量裂紋.通過(guò)在整個(gè)施工區(qū)域搭設(shè)保溫棚、焊前預(yù)熱、焊后保溫、焊條烘干處理等多種手段，緩解了焊接裂紋問(wèn)題.

關(guān)鍵詞： 堵板; 焊接; 裂紋

中圖分類號(hào)： TK 730.8 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)： 1000-5137（2019）05-0485-04

Abstract： Through the amending of welding process and environment，various means were applied comprehensively such as electrode drying treatment，greenhouses building in construction area，preheating，thermal insulation after welding and so on.After all the problems of welding crack were solved thoroughly.

Key words： blocking; plate welding; crack

0 引 言

對(duì)焊縫進(jìn)行刨除后，重新焊接時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)多個(gè)堵板依然存在裂紋，且反復(fù)刨除和焊接未能有效解決焊接裂紋的問(wèn)題，反而存在破壞設(shè)備本體材質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，延誤了機(jī)組組裝的直線工期.裂紋產(chǎn)生主要有兩方面的原因：1） 焊接導(dǎo)致焊件溫度分布不均，產(chǎn)生焊接應(yīng)力;2） 焊條本身因吸潮而使工藝性能變差，造成電弧不穩(wěn)、飛濺增多.

焊接導(dǎo)致堵板局部溫度過(guò)高，而缸體本體溫度趨近于環(huán)境溫度，造成焊件上溫度分布不均勻，最終導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應(yīng)力與變形.焊接應(yīng)力是引起脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂和失穩(wěn)破壞的主要原因[1].另外，焊接變形也使結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸精度難以達(dá)到技術(shù)要求，直接影響制造質(zhì)量和使用性能.

在焊接時(shí)，焊縫近區(qū)的金屬被電弧加熱到熔化高溫[2]，焊縫近區(qū)溫度最高，膨脹量最大，因此焊縫近區(qū)兩側(cè)材料對(duì)焊縫具有較大壓縮作用.當(dāng)冷卻收縮時(shí)，焊縫部位的壓縮變形部分不會(huì)恢復(fù)原狀，形成較大拉伸殘余應(yīng)力，該拉伸應(yīng)力的總合內(nèi)力由壓縮殘余應(yīng)力的總合內(nèi)力平衡.

本文作者通過(guò)綜合運(yùn)用搭設(shè)保溫棚、焊前預(yù)熱、焊后保溫、焊條烘干等方法，較好地解決了因局部區(qū)域大當(dāng)量焊接而產(chǎn)生明顯裂紋的問(wèn)題，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)了相應(yīng)的專業(yè)設(shè)備工裝.

1 缸蓋堵板焊接準(zhǔn)備

1.1 裂紋的預(yù)防

在焊縫近區(qū)兩側(cè)附近加熱，使其受到拉伸作用，并達(dá)到塑性變形的程度，抵消（或部分抵消）焊接過(guò)程中的壓縮塑性形變，從而使焊縫近區(qū)的拉伸殘余應(yīng)力消除（或變低），從而減少焊接時(shí)產(chǎn)生的裂紋.

另外，焊條在儲(chǔ)存、運(yùn)輸期間，藥皮易吸潮，使藥皮中的水分增加，對(duì)焊縫質(zhì)量造成影響，所以焊條在使用之前，要對(duì)其進(jìn)行烘干，以降低藥皮中的含水量，其目的是：1） 減少焊接過(guò)程中的飛濺，使焊接電弧能夠穩(wěn)定地燃燒;2） 防止在焊縫過(guò)程中產(chǎn)生氣孔;3） 防止在焊接某些低合金鋼時(shí)，由水引起的延遲裂紋.酸性焊條的烘干溫度為150～200 ℃，烘干時(shí)間為1 h;堿性焊條的烘干溫度為350～400 ℃，烘干時(shí)間為1～2 h，烘干后置于100～150 ℃的保溫箱內(nèi)，隨用隨取.

1.2 預(yù)熱焊接工器具

缸蓋堵板焊接采用先預(yù)熱后焊接的流程，預(yù)熱采用直流溫控柜和方形履帶式加熱板，將履帶式加熱板平鋪在堵板表面持續(xù)加熱，如圖1所示.

履帶式加熱板為500 mm×200 mm陶瓷材質(zhì)，其功率為3 kW，輸入電壓為0～220 V，如圖2所示.直流溫控柜輸入為3相4線制交流電，輸出為3相6路直流電源.由于焊接過(guò)程中需要對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)可變可控，輸出電壓控制在0～180 V，以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的，每路輸出設(shè)單獨(dú)保護(hù)開(kāi)關(guān)，如圖3所示.

2 缸蓋堵板焊接工藝

2.1 焊接預(yù)熱

將溫控柜輸出直流電壓調(diào)節(jié)至120 V，加熱板平鋪，直接對(duì)焊接位置預(yù)熱.缸蓋本體外圍溫度達(dá)到45 ℃才可進(jìn)行焊接[3-4].由于受加熱設(shè)備和工期的限制，當(dāng)堵板焊接位置及周圍3倍焊接厚度的距離范圍內(nèi)達(dá)到80 ℃以上，進(jìn)行焊接.

2.2 保溫溫度和時(shí)間控制

同時(shí)在缸蓋外圍搭建一個(gè)保溫棚，以減小環(huán)境溫度的影響，在履帶式加熱板表面鋪設(shè)保溫布，減小熱量散失.距離缸蓋堵板焊接區(qū)域較近的部分，加熱2 h達(dá)到焊接要求溫度;距離缸蓋堵板焊接區(qū)域較遠(yuǎn)的部分，加熱3～4 h達(dá)到焊接要求溫度.

在焊接過(guò)程中，對(duì)所有加熱板持續(xù)供電.對(duì)未焊接的堵板持續(xù)加熱，對(duì)已焊接的堵板焊縫保溫2 h以上，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，焊縫產(chǎn)生的裂紋越少.焊縫保溫可采用階梯式遞減加熱板電壓，即加熱板電壓每30 min減小20 V，待電壓為0 V后，將保溫布和保溫棚打開(kāi)，使其自然冷卻到環(huán)境溫度.

2.3 焊條與機(jī)械消應(yīng)處理

缸蓋和堵板材質(zhì)均為ZG20MnSi，焊條選用3.2 mm J507.J507是低氫鈉型堿性焊條[5]，普遍用于鍋爐及壓力容器受壓焊縫的焊接作業(yè)，相對(duì)于普通焊條，其抗拉能力較強(qiáng).

由于J507焊條焊接坡口較大，需要進(jìn)行多層堆焊，故在每一層堆焊完成之后[6]，對(duì)焊縫用手錘、風(fēng)針或氣鏟敲擊，敲除焊渣，消除焊縫的部分應(yīng)力.

2.4 焊接后探傷

待堵板自然冷卻之后，需要對(duì)焊縫進(jìn)行打磨處理，顯出金屬本色.焊縫表面光滑過(guò)渡，無(wú)飛濺，打磨光滑干凈，便于滲透探傷，如圖4所示.圖4中，滲透探傷存在裂紋，采用角磨機(jī)逐步深入打磨，對(duì)于裂紋嚴(yán)重區(qū)域的焊縫，需要進(jìn)行刨除，直至裂紋完全顯露出來(lái)后，二次加熱焊接.對(duì)于單個(gè)紅點(diǎn)，采用角磨機(jī)對(duì)其表層打磨，以判斷是否會(huì)影響焊接密封.