液壓缸焊接氣孔及夾渣缺陷的防止與改進

郭世敬 張家坤 化三兵

1. 概述

隨著礦用液壓支架強度和噸位要求的提高，對液壓缸的焊縫質量和穩定性要求也相應提高，特別是缸底與缸筒處圓周焊縫，焊縫尺寸較大，通常坡口尺寸在20mm以上，此處的焊接質量直接決定了液壓缸的整體性能，所以此處的焊縫是需要進行超聲波探傷以保證焊接質量，但是目前的檢查合格率較低，在40%左右，其中氣孔以及夾渣缺陷是缸筒與缸底焊接最重要的缺陷。本文對氣孔及夾渣缺陷進行總結和分析，并采取措施進行防止。

2. 氣孔及夾渣缺陷產生的原因

目前缸底與缸筒的焊接主要采用富氬氣體保護焊接（90%CO2+10%Ar），雖然焊接速度快，效率高，但是探傷合格率較低，經超聲波探傷其主要缺陷為夾渣及氣孔缺陷，圖1為冷加工車開焊縫后發現的氣孔及夾渣缺陷。

焊接參數及焊接材料以及氣體純度滿足要求的前提下，富氬氣體保護焊接氣孔產生主要原因：焊接過程中由于氣體保護不到位，熔池混入氣體；焊件清理不干凈，雜質在焊接高溫時產生氣體進入熔池；電弧過長，焊接時保護氣體流量過大或過小，保護效果不好等；冷卻過快，氣體孔來不及逸出焊縫，從而殘留焊縫中形成氣孔。

富氬氣體保護焊接產生夾渣的主要原因：焊件清理不干凈、多層多道焊層間焊渣清理不干凈、焊接過程中熔渣脫落在熔池中等；電弧過長、焊接角度不對、焊層過厚、焊接熱輸入小、焊接速度快等，導致熔池中熔化的雜質未浮出而在熔池中凝固。

3. 氣孔及夾渣缺陷的防止

針對上述富氬氣體保護焊接氣孔產生主要原因，除了確保焊接前清除待焊接位置兩側各20mm左右水分、油污、銹蝕等，還應主要采取以下措施。

（1）選擇合適焊接參數 焊接參數是保證焊接質量的關鍵因素，首先要保證電流電壓匹配，焊接速度及每層熔敷厚度合適，才能保證產生的氣體能夠完全從熔池中逸出不會形成氣孔殘留。目前礦用液壓油缸通用的焊接參數：I=260~300A ，U=27~32V，v=300~400mm/min，同時要保證氣體純度＞99.95%，在此焊接參數下的液壓缸焊縫的焊接質量完全可以滿足設計要求的力學性能。

（2）選擇合適焊槍噴嘴 礦用大直徑液壓缸，由于缸筒壁厚較大，坡口深度較深時，使通用的焊槍噴嘴的可達性變差，保護效果降低，如圖2a所示，此時焊絲伸出長度過長（20mm以上），電弧過長，使氣體的保護性變差，周圍氣體很容易進入熔池，從而導致氣孔的大量產生。通過對噴嘴的改進，選擇小直徑噴嘴，由圖2b可看出，改進后焊接時噴嘴的可達性明顯提高，干伸長度可以保證在10~15mm，從而可以得到穩定電壓，并且能夠達到良好的保護效果，有效防止氣孔的產生。通過噴嘴的改進，后續探傷氣孔缺陷基本得到解決，大部分焊縫質量都能夠滿足探傷質量要求。

（3）層間道間清渣 缸筒與止夾渣缺陷的產生，必須要對層間道間進行清渣處理，如圖3b所示，每層每道焊接結束之后在下道焊縫焊接之前將殘留焊渣清理干凈，從而保證焊接后沒有焊渣殘余在焊縫內形成夾渣。通過層間道間的清渣處理，探傷后夾渣缺陷基本得到解決，大部分能夠滿足探傷質量要求。

圖1 油缸焊接形成的氣孔及夾渣缺陷

圖2 噴嘴改進前后對比

圖3 焊渣及焊渣清理

4. 結語

通過選擇合適的焊接參數能夠保證焊縫的力學性能和組織性能。通過調整焊槍噴嘴的大小，提高了焊接過程中氣體保護的效果，從而減少外界氣體進入熔池產生氣孔缺陷。通過層間道間的清渣，減少了焊渣在焊縫中的殘留，從而大大降低了夾渣缺陷。通過以上措施，目前液壓缸焊接的一次探傷通過率提高到95%以上。