坡口橫焊及平焊在液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接中的工藝應用

張建民

（晉能控股裝備制造集團大同機電裝備有限公司中央機廠， 山西 大同 037001）

引言

當前液壓支架構(gòu)件在生產(chǎn)制造工作過程中較常用的焊接方法，是以二氧化碳氣體保護焊和富氬氣體保護焊方式為主，在焊接過程中通過人工或者焊接機械設(shè)備進行操作。在液壓支架構(gòu)件焊接工作中，較常用的焊接方法仍然是以二氧化碳氣體保護焊為主，由于液壓支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成相對較復雜，液壓支架的蓋板通常是構(gòu)成箱體結(jié)構(gòu)的最后一個零件，一般采用單側(cè)坡口焊接方法，坡口位置的焊接縫質(zhì)量直接關(guān)系到整個液壓支架的穩(wěn)定性。有效結(jié)合各煤礦單位所使用的液壓支架構(gòu)件經(jīng)常產(chǎn)生損壞的位置可以看出，在液壓支架蓋板位置的焊接縫產(chǎn)生的破損問題最明顯，因此需要針對二氧化碳氣體保護焊和人工焊接兩個方面展開坡口焊接試驗與分析工作。

1 坡口橫焊和平焊工作分析

液壓支架結(jié)構(gòu)件蓋板位置的坡口焊接工作中，通常使用的是平焊和橫焊兩種方式，各工作單位對于坡口焊接工藝都有著自身常用的焊接手法，但是在現(xiàn)場的實際生產(chǎn)和檢驗工作當中，仍然存在很多焊接工作缺陷及焊接工藝標準不規(guī)范等問題，需要對其進行全面修整。

1.1 坡口平焊

坡口橫焊主要指焊接點處于水平位置，或傾斜角度相對較小的焊接縫，焊接過程中焊條位于工件表面之上，焊接工作人員通過正向俯視焊接工件來進行焊接。因為焊接縫處于水平位置，熔滴主要是靠自重進行過渡處理，整個操作技術(shù)手法較容易掌控，更加適用于初學工作人員。

在焊接工作中可以通過使用直徑相對較大的焊條或焊接電流較大的焊接方法提高焊接工作效率，因此在液壓結(jié)構(gòu)件焊接工作中應用較廣泛。但是在實行焊接工作中平焊位置如果是打底焊的情況下，熔頭不容易被觀察和控制，因此在針對這一位置進行焊接時，在電弧吹力和熔化金屬作用力的條件下，會造成焊接面產(chǎn)生焊縫咬邊、燒穿、無法充分焊透及沒有熔合等缺陷[1]。

1.2 坡口橫焊

橫焊屬于焊接垂直或者傾斜平面上的水平方向焊接縫，對于焊接工作過程中所產(chǎn)生的熔池液態(tài)金屬及焊接產(chǎn)生的熔渣，在自身重力作用條件下會出現(xiàn)下落情況，造成焊道表面上色區(qū)域出現(xiàn)咬邊、焊接下側(cè)區(qū)域出現(xiàn)凸起等情況容易造成焊瘤、夾渣等缺陷。在實際焊接工作中如果工作人員出現(xiàn)操作失誤，會進一步加劇這一問題所產(chǎn)生的影響，根部采用單面焊接雙面成型的方法更加容易掌握和控制[2]。

2 坡口橫焊和平焊試驗方法與工藝技術(shù)

2.1 試驗材料和對應條件

為了更加真實地分析液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接過程中的實際情況，在焊接試驗條件設(shè)置方面，必須要和實際的生產(chǎn)工作相符合。本次試驗材料選擇的是材質(zhì)為Q460C、厚度為20 mm 的鋼板作為其中的母材，鋼板材料符合低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼材料的規(guī)格標準，試件規(guī)格大小為20 mm×150 mm×300 mm，同時記錄鋼板材料的批號情況。因為焊接鋁材主要作為低合金高強度鋼材料，因此通過使用焊接裂紋敏感程度相對較低、焊縫金屬韌性相對較高的低強匹配焊接技術(shù)方法，可以有效控制焊接冷縫問題的產(chǎn)生，同時可以進一步保證接頭位置的抗折斷性能和條件。

試驗條件方面，焊接設(shè)備使用的是奧太NBC-500 焊接機設(shè)備，焊接方法選用的是二氧化碳氣體保護焊，實現(xiàn)直流反接氣體的純度大小為99.9%，環(huán)境溫度范圍控制在20～30 ℃，在室內(nèi)進行焊接工作，焊接工作人員具備專業(yè)的焊接資格證書，質(zhì)量檢測工作人員具備相應的檢驗資質(zhì)證書[3]。

2.2 焊接工藝方法

本次焊接試驗工作總共分為三組，每一組所使用的焊接方式有所不同，通過有效對比三組試驗焊接構(gòu)件接頭形式保持相同，均使用的是角接連接坡口焊接縫，其中焊接試件的一處坡口位置規(guī)格為14 mm×45°，為了保證焊接位置坡口大小的統(tǒng)一性，通過使用火焰切割機械設(shè)備對其進行定位加工處理，經(jīng)過切割后修模切割表面氧化皮，同時沒有出現(xiàn)明顯金屬光澤，焊接構(gòu)件1 和焊接構(gòu)件2 拼裝根部間隙大小在1～2 mm，低于試件2 上表面位置間隙5 mm，有效模擬主筋板和蓋板之間的連接方式。試件接頭形式，如圖1 所示。

圖1 試件接頭形式（單位：mm）

焊接之前需要將等待焊接的位置，及其焊接周邊20 mm 范圍內(nèi)進行充分打磨見光，有效清除表面多余的浮銹、油污及氧化皮。在焊接工作之前相關(guān)工作人員需要熟悉焊接工藝參數(shù)及焊接工作過程中的各種技術(shù)要求，工作人員和檢驗工作人員需要全面記錄焊接工作過程中的各項參數(shù)信息。焊接工作結(jié)束之后相關(guān)工作人員對于焊接參數(shù)記錄數(shù)據(jù)進行進一步匯總，對焊接工藝參數(shù)進行更深入的分析，對于焊接結(jié)束之后的試件需要有效做好標記處理，在室溫環(huán)境下靜止1 d 之后，對焊接部分的質(zhì)量情況進行檢查[4]。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 焊接外觀檢查

在焊接外觀檢查工作過程中，根據(jù)液壓支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件制造技術(shù)標準條件，對每一種焊接縫的焊接外觀情況進行觀察和分析，其中焊接試件1 和試件3 在焊接縫的外觀上表現(xiàn)較平整，焊道和焊道之間的過渡較平滑，表面每道焊接縫寬度保持均勻。第2組焊接試件當中焊接縫的外觀表現(xiàn)相對較差，焊道中間存在小夾溝，個別焊道剩余高度偏大。經(jīng)過多組試驗分析之后可以得出結(jié)論，平焊蓋面的外觀質(zhì)量好于橫焊蓋面位置。

3.2 無損檢測

根據(jù)焊縫無損檢測超聲波檢測技術(shù)工作方法，結(jié)合相關(guān)檢測工作標準，對各組不同的焊接縫質(zhì)量情況展開超聲波探傷無損檢測，其中焊接質(zhì)量符合檢測等級B 級以上。通過無損檢測分析可以得出，第1 組焊接試件容易產(chǎn)生缺陷位置處于根部，以未熔合出現(xiàn)夾渣缺陷問題為主；第2 組試件的焊接縫容易產(chǎn)生缺陷位置，表現(xiàn)為填充長的坡口一側(cè)以氣孔和夾渣為主；第3 組試件的焊接縫內(nèi)部缺陷問題，相比于第1 組和第2 組相對較少。經(jīng)過試驗分析工作之后得出，橫焊打底平焊填充蓋面的焊接方法，可以有效提高坡口焊接縫的內(nèi)部焊接工作質(zhì)量，防止出現(xiàn)較嚴重的焊接質(zhì)量問題。在焊接工作過程中需要對焊接電流、電壓、焊接速率及焊槍的角度進行有效調(diào)整，如果焊接操作存在失誤的情況，容易出現(xiàn)焊接部位燒傷或者焊接材料沒有完全熔合等缺陷，橫焊打底焊要求的操作專業(yè)技能相對較低，焊接工作人員更容易掌握焊接電流、電壓和焊接速度等參數(shù)，適用性范圍更廣，整個操作的容錯率相對較高，在操作不當?shù)那闆r下處于坡口一側(cè)的位置，容易產(chǎn)生氣孔夾渣等缺陷情況[5]。

3.3 試驗結(jié)論

液壓支架結(jié)構(gòu)件在焊接工作當中，整體焊接工藝方法為：全位置打底焊接工作結(jié)束之后，再進行表面填充和蓋面結(jié)構(gòu)焊接，對于相同位置的多層多道焊接工作而言，需要分為兩次加以開展。通過這種焊接方法可以有效控制焊接構(gòu)件產(chǎn)生嚴重的變形情況，通過上述焊接試驗分析之后得出，橫焊打底焊接所使用的電流焊接速率高于平焊打底焊接的方法，因此橫焊打底焊接工作效率相對較高，同時該焊接工作方法更加容易被掌握，焊接的熔深相對較大，焊接工作質(zhì)量更符合工作標準。通過使用平焊填充蓋面使用電流焊接速率都略高于橫焊方法，但是焊縫內(nèi)部的質(zhì)量以及焊接外觀的質(zhì)量，都明顯好于橫焊填充和蓋面焊接方法。

4 結(jié)語

通過對液壓支架構(gòu)件進行平焊和橫焊試驗，分析得出兩種不同的焊接工作方法，在液壓支架焊接工作當中的優(yōu)劣勢情況，并且對坡口橫焊和平焊工藝進行更深入的探索與優(yōu)化，最大限度地減少液壓支架構(gòu)件焊接缺陷程度，提高液壓支架構(gòu)件的質(zhì)量和穩(wěn)定性，保證液壓支架設(shè)備的功能正常發(fā)揮。