深窄間隙焊接技術(shù)在大厚度構(gòu)件材料焊接中的應(yīng)用研究

白雪強(qiáng)

摘要：隨著我國(guó)焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，深窄間隙焊接技術(shù)以降低熔敷量、焊接時(shí)間短以及變形小等優(yōu)勢(shì)而被廣泛的應(yīng)用到大厚度構(gòu)件材料的焊接作業(yè)中。本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，以495HR電鏟推壓滾筒減速箱底座耳子更換焊接為例，詳細(xì)闡述深窄間隙焊接技術(shù)在該構(gòu)件焊接中的應(yīng)用方案，以此為今后工作提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：深窄間隙焊接技術(shù);大厚度構(gòu)件;焊接技術(shù);495HR電鏟

495HR電鏟是煤炭企業(yè)的主要采掘設(shè)備，根據(jù)調(diào)查在495HR電鏟推壓滾筒中的減速箱底座耳子沿軸孔方向會(huì)出現(xiàn)斷裂，如果沒(méi)有及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維修則會(huì)造成巨大的安全事故。一般斷裂位置是集中受力點(diǎn)，因此對(duì)于減速箱底座耳子斷裂問(wèn)題必須采取更換耳子的焊接維修方案。耳子更換焊接屬于大厚度構(gòu)件材料，傳統(tǒng)的焊接維修技術(shù)具有諸多缺陷，難以滿足大厚度構(gòu)件焊接要求。因此本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，提出基于深窄間隙焊接技術(shù)維修方案，以此為今后工作提供經(jīng)驗(yàn)參照。

一、深窄間隙焊接技術(shù)的概述

隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，厚板、超厚板焊接金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。尤其是煤炭行業(yè)機(jī)械設(shè)備板材厚度不斷增加，因此要求在焊接維修中必要要改變傳統(tǒng)的焊接工藝，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的大厚度焊接方法不僅存在開(kāi)坡口困難的問(wèn)題，而且其焊接速度比較慢，存在焊接板材應(yīng)力變形的問(wèn)題。而深窄間隙焊接技術(shù)是厚板對(duì)接接頭在開(kāi)焊前只開(kāi)很小的坡口，在焊接處留有深而窄的間隙，經(jīng)過(guò)特殊的焊絲、保護(hù)氣體以及電極向狹窄的坡口完成整條焊縫的焊接方法。其相比傳統(tǒng)的焊接技術(shù)而言，具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是生產(chǎn)效率高。相比傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，此種工藝不需要對(duì)焊接件進(jìn)行開(kāi)更大的坡口，可以直接進(jìn)行焊接，無(wú)疑會(huì)提高焊接作業(yè)的工作效率;二是節(jié)約焊接材料，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。采取深窄間隙焊接技術(shù)能夠節(jié)約母材和焊絲的消耗，這樣可以有效節(jié)約焊接作業(yè)的成本。例如采取此種技術(shù)可以減少填充金屬的用量，進(jìn)而會(huì)給企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益;三是對(duì)大厚度材料的損害較少，尤其是采取深窄間隙焊接技術(shù)可以減少應(yīng)力材料變形，因?yàn)楹附訜崃枯斎氡容^低，這樣可以有效避免高溫對(duì)應(yīng)力材料產(chǎn)生變形影響問(wèn)題的發(fā)生。

當(dāng)然我們?cè)诳隙ㄉ钫g隙焊接技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)必須要清晰地認(rèn)識(shí)到該工藝的缺陷，此種焊接工藝對(duì)焊絲位置要求比較高，電弧的任何不穩(wěn)定現(xiàn)象都會(huì)容易產(chǎn)生缺陷。例如在深窄間隙焊接作業(yè)過(guò)程中，由于采用聯(lián)h弧焊工藝方法時(shí)，如果渣殼不能自動(dòng)脫落，對(duì)寬度只有20一30mrn的深窄坡口來(lái)說(shuō)，手工清除渣殼將十分困難，因此要求焊接人員要熟練掌握焊接工藝。

二、深窄間隙焊接技術(shù)在大厚度構(gòu)件材料焊接中的應(yīng)用

大厚度構(gòu)件材料焊接對(duì)焊接工藝要求比較高，495HR電鏟是煤炭企業(yè)的主要采掘設(shè)備，495HR電鏟推壓滾筒中的減速箱底座耳子斷裂問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生巨大的安全事故，因此需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換維修。由于耳子更換焊接屬于大厚度構(gòu)件材料，因此結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，采取深窄間隙焊接技術(shù)工藝。

1. 焊接材料

基于大厚度構(gòu)件材料的特點(diǎn)，本次焊接使用的材料為 ?TM-771藥芯焊絲，焊接設(shè)備及參數(shù)：使用MillerDimension.TM.812焊機(jī)和配套移動(dòng)送絲機(jī)。采用深窄間隙焊接方法，焊接方法采用氬弧焊接方法打底，這樣可以獲得較好的背部成形。同時(shí)為了提高焊接作業(yè)的工作質(zhì)量，本次焊接使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接方法。用純度高于99.95%的CO2氣體為保護(hù)氣體。

2. 焊接方法

采用Co2氣體保護(hù)焊，多層多道焊接方法。由于采取的多層多道焊接方法，為此對(duì)金相組織表征進(jìn)行分析，由于在同一層焊接時(shí)，兩道焊接縫會(huì)出現(xiàn)搭接現(xiàn)象，搭接處組織呈現(xiàn)細(xì)晶特征（細(xì)晶一般在兩道焊縫的中間位置）。而且在層與層焊接時(shí)，由于后續(xù)的焊接會(huì)對(duì)前一層中的焊縫進(jìn)行二次加熱，因此在每一道焊縫的下部也會(huì)出現(xiàn)細(xì)晶區(qū)。

3. 焊接工藝流程

深窄間隙焊接技術(shù)在耳子更換焊接中的工藝流程主要是：使用氧乙炔和碳弧氣刨去除斷裂的耳子，角磨機(jī)打磨基座;尺寸的測(cè)量，制作假軸和固定盤(pán)等找正工裝工具;匹配材質(zhì)性能相近的板材，根據(jù)斷裂耳子的形狀進(jìn)行仿形切割制作備件;使用假軸和固定盤(pán)工裝工具進(jìn)行安裝定位并進(jìn)行固定（預(yù)防焊接變形）。

4. 焊接作業(yè)中的難點(diǎn)與需要注意事項(xiàng)

（1）焊接作業(yè)中的難點(diǎn)

通過(guò)分析耳子更換焊接在使用深窄間隙焊接技術(shù)時(shí)與遇到以下難點(diǎn)：耳子的精確測(cè)量定位;焊接前的預(yù)熱溫度;焊接后裂紋的預(yù)防措施;焊接后保溫措施。

（2）焊接作業(yè)中需要的注意事項(xiàng)

焊接生產(chǎn)中焊接缺陷是不允許存在的，因此要嚴(yán)格遵守焊接工藝，以保證焊縫的機(jī)械性能和力學(xué)性能得到較好的焊接質(zhì)量。

防止焊接缺陷措施： 控制焊縫中碳、硫、磷等有害元素含量。 調(diào)整焊接參數(shù)得到抗裂能力較強(qiáng)的焊接成形系數(shù)。調(diào)整冷卻速度，冷卻速度越大，裂紋傾向越大。 嚴(yán)格控制氫的來(lái)源，嚴(yán)格清理待焊處兩側(cè)100㎜以內(nèi)的油污等雜質(zhì)，防止產(chǎn)生冷裂紋。焊接完畢，進(jìn)行熱處理。用加熱板和石棉布把焊縫包裹，使焊縫及其附近區(qū)域進(jìn)行加熱、保溫、緩冷至常溫。用角磨機(jī)將焊縫打磨平整，目的降低焊接應(yīng)力峰值，使應(yīng)力分布比較平緩，起到消除焊接應(yīng)力的作用。

三、焊接接頭力學(xué)性能測(cè)試

1. 硬度測(cè)試。為了保證焊接的質(zhì)量需要對(duì)焊接部位的硬度進(jìn)行測(cè)試，以此保證設(shè)備的安全。本次硬度測(cè)試采取的是維氏硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。具體就是采取載荷為9.8N，加載時(shí)間為20s，兩個(gè)硬度測(cè)試點(diǎn)的距離為0.5mm。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，母材處的硬度與焊縫處的硬度差值不大。一般在250-260HV之間。其中熱影響區(qū)粗晶區(qū)的硬度值最高，達(dá)到390HV，熱影響區(qū)寬度為2.3左右。由此可見(jiàn)在整個(gè)接頭區(qū)域內(nèi)熱影響區(qū)的硬度值最高，而導(dǎo)致硬度分布不均的主要原因是由于母材內(nèi)的組織不均勻造成的。因此可以得出結(jié)論，碳化合物的尺寸以及分布會(huì)影響焊接的硬度，例如碳化合物的尺寸越小分布越均勻彌散。其強(qiáng)度就會(huì)越高。

2. 伸拉性測(cè)試。伸拉性測(cè)試是檢測(cè)焊接質(zhì)量的重要指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)證明母材與接頭不同溫度抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度有關(guān)。例如焊接縫在不同溫度伸拉后，焊縫材料的抗拉和屈服強(qiáng)度衰減程度會(huì)明顯低于母材。其原因主要是由于該區(qū)域在經(jīng)過(guò)多次的加熱回火后，導(dǎo)致焊接縫的強(qiáng)度變得比較低。例如根據(jù)檢測(cè)證實(shí)在焊接接頭位置的接頭拉伸性能最為薄弱。

3. 沖擊韌度試驗(yàn)研究。根據(jù)調(diào)查顯示，不同區(qū)域的沖擊韌度不同，低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度越低說(shuō)明材料抗脆斷性能越好。以上得出的脆性轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)低于焊接接頭力學(xué)性能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)不同的母材斷口業(yè)存在韌度的變化，例如母材區(qū)斷口韌窩比較深，存在明顯的撕裂痕跡，因此表明其具有較高的沖擊韌度。而熱影響區(qū)的斷口，其韌窩較淺，而且比較平滑，因此其韌度就比母材較差。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)深窄間隙焊接技術(shù)在495HR電鏟推壓滾筒中的減速箱底座耳子斷裂更換焊接中的應(yīng)用，我們可以得出以下結(jié)論：一是采取此種焊接工藝可以很好地達(dá)到焊接目的要求，而且在焊接過(guò)程中避免了焊接缺陷。二是母材與焊縫的力學(xué)性能相差無(wú)幾，而熱影響區(qū)的粗晶區(qū)的硬度值最高的位置。三是母材的脆性轉(zhuǎn)變溫度最低，而熱影響區(qū)的脆性轉(zhuǎn)變溫度要高于母材脆性轉(zhuǎn)變，由此可見(jiàn)低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度越低，就說(shuō)明材料的抗脆端性能越好。

由此可見(jiàn)深窄間隙焊接技術(shù)在大厚度構(gòu)件材料的焊接中不僅可以有效解決傳統(tǒng)焊接工藝的弊端，而且還可以提升焊接作業(yè)成本效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，例如本次焊接工藝，節(jié)約維修成本和縮短維修工時(shí)。因此此種焊接工藝具有較高的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

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