45鋼厚板的焊接

1 前言

某公司于2012年6月份與齊齊哈爾重型機(jī)床廠簽訂10米立車立柱焊接件制作的技術(shù)協(xié)議，其上二外形尺寸為δ80[×]270[×]6800及δ120[×]270[×]6800材質(zhì)為45(GB/T699)的導(dǎo)軌板，受供貨限制需拼接。為保證焊接質(zhì)量，圓滿完成任務(wù)，我們與他們進(jìn)行技術(shù)合作研究決定采用焊條電弧焊（SMAW）、熔化極氣體保護(hù)電弧焊（GMAW）及藥芯焊絲電弧焊（FCAW）三種焊接方法對(duì)板厚為100mm長(zhǎng)度為320mm的45(GB/T699)鋼板進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

2 焊接性分析

（1）45(GB/T699)鋼的化學(xué)成分如表1，按照國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量CE（IIW）＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15(%)計(jì)算知，該鋼的碳當(dāng)量達(dá)0.7%，由此表明，其強(qiáng)度高，塑性、韌性尚好，焊接熱影響區(qū)淬硬傾向較大，有較強(qiáng)的冷裂紋敏感性，焊接性較差。

表1

（2）焊接時(shí)，相當(dāng)數(shù)量母材熔化進(jìn)入焊縫，使其含碳量增高，容易產(chǎn)生焊縫熱裂紋。特別是硫的雜質(zhì)控制不嚴(yán)時(shí)，更易顯示出來(lái)。焊縫中含碳量及硫磷含量增高，凝固溫度區(qū)間增加，偏析現(xiàn)象增大。在凝固收縮應(yīng)力的作用下，易沿液態(tài)晶界處開(kāi)裂，產(chǎn)生熱裂紋，而且熱裂紋在弧坑處更為敏感。

（3）同時(shí)，由于焊縫中含碳量的高，氣孔敏感性也較大。

3 焊接工藝

（1）焊縫坡口形式以減小熔合比，防止熱裂紋的產(chǎn)生為原則。三種焊接方法的坡口形式如圖1。施焊前坡口及坡口兩側(cè)10mm~15mm范圍內(nèi)須清理干凈直至見(jiàn)金屬光澤。正面焊完3~4層后在背面進(jìn)行碳弧氣刨清根施焊3~4層。其余焊層均按此方法進(jìn)行施焊。

焊條電弧焊坡口型式熔化極氣體保護(hù)電弧焊及

藥芯焊絲電弧焊坡口型式

圖 2

（2）焊前預(yù)熱和控制層間溫度，以降低焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度，從而防止產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織。坡口兩側(cè)150mm~200mm范圍內(nèi)用履帶式加熱器加熱，預(yù)熱溫度為150℃~250℃，層間溫度大于預(yù)熱溫度，但不得大于400℃，外側(cè)用硅酸鋁纖維氈包覆好。為保證焊縫緩慢冷卻，待施焊全部結(jié)束后再拆除。

（3）為減小熔合比，我們采用立焊的方法施焊。焊接時(shí)要掌握好角度及手法，不要出現(xiàn)焊瘤，且隨焊隨清理焊道。

（4）每焊完一道焊縫立即用手錘錘擊，將焊縫表面打出均勻的密密麻麻的麻點(diǎn)，使焊縫松弛，釋放焊件的焊接應(yīng)力。打底層和表面層不錘擊，避免金屬冷作硬化和表面美觀。

（5）采用多層多道焊焊接，單道焊縫的厚度不超過(guò)4mm，焊條電弧焊單道焊縫的寬度不超過(guò)所用焊條直徑的3倍，熔化極氣體保護(hù)電弧焊和藥芯焊絲電弧焊單道焊縫的寬度不超過(guò)15mm。多層多道焊縫和坡口交接處必須清理干凈，在施焊過(guò)程中，要避免焊道與坡口交接處產(chǎn)生未焊到位或咬邊，在焊條及焊絲移到焊縫兩邊緣時(shí)，停留時(shí)間要稍長(zhǎng)一些，以減少焊件的冷卻速度，同時(shí)還可做到防止邊緣熔合不好、夾渣等缺陷。焊完第三道焊縫以后的每道焊縫焊完后，要稍做停留（20min~30min），以緩解熱量集中及焊接應(yīng)力。

（6）每焊完一道焊縫最后收弧時(shí)，焊條及焊絲應(yīng)慢慢地離開(kāi)熔池，再快速地返回補(bǔ)焊二、三次，填滿弧坑，避免產(chǎn)生火口裂紋。最后一道焊縫焊接速度、擺幅寬度、電弧長(zhǎng)度均勻一致，以保證得到波紋一致、整齊美觀的表層焊縫。每焊完一層要用放大鏡檢查是否有裂紋發(fā)生。

●焊條電弧焊（SMAW）焊接

焊條選用強(qiáng)度級(jí)別低的E5015（GB/T5117-1995）焊條，以提高焊縫的塑性，韌性和抗裂性能。焊前焊條要進(jìn)行350℃/2h烘干。焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表2。焊縫經(jīng)外觀檢查及超聲波探傷檢驗(yàn)為合格，但施焊中裂紋時(shí)有產(chǎn)生，脫渣較容易，返修工作量較大。一名熟練電焊工耗時(shí)約1.5個(gè)工作日，焊條消耗約19kg。

●熔化極氣體保護(hù)電弧焊（GMAW）焊接

焊絲選用ER50-6（GB/T8110-2008），保護(hù)氣體為85％Ar+15%CO2，保護(hù)氣體流量為18L/min~20L/min，焊絲干伸長(zhǎng)為15mm~20mm，焊絲前傾角為10°~15°。焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表3。焊縫經(jīng)外觀檢查及超聲波探傷檢驗(yàn)為合格，施焊中很少產(chǎn)生裂紋，但飛濺不可避免且要隨焊隨清理，比較費(fèi)時(shí)。一名熟練電焊工耗時(shí)約1.3個(gè)工作日，焊絲消耗約10kg。

表2

表3

●藥芯焊絲電弧焊（FCAW）焊接

焊絲選用E501T-1（GB/T10045-2001），保護(hù)氣體為85％Ar+15%CO2，保護(hù)氣體流量為16L/min~18L/min，焊絲干伸長(zhǎng)為15mm~20mm，焊絲前傾角為10°~15°。焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表4。焊縫經(jīng)外觀檢查及超聲波探傷檢驗(yàn)為合格，且極少產(chǎn)生裂紋，無(wú)飛濺，極易脫渣。一名熟練電焊工耗時(shí)約1個(gè)工作日，焊絲消耗約12kg。

表4

綜上所述，藥芯焊絲電弧焊(FCAW)較焊條電弧焊（SMAW）及熔化極氣體保護(hù)電弧焊具有工藝性能好，熔敷速度快，生產(chǎn)效率高，綜合成本低的特點(diǎn)，更適用于焊接45鋼厚板。