HG785D薄壁槽形件對扣焊接工藝

（長治清華機械廠，山西 長治 046012）

0 前言

槽形件對扣焊接在工程中的應用極為廣泛，常見的大梁大多是槽形件對扣焊接而成。大梁在工程、武器裝備中使用廣泛使用，是主要的承載結構，在后期使用中受到很大應力，經常出現下撓變形，在疲勞載荷作用下會產生裂紋甚至斷裂，因此在承受較大載荷的結構中對鋼及其焊縫質量的要求越來越嚴格。HG785D材料為武鋼生產的低合金高強結構鋼，屈服強度和抗拉強度高，與同強度碳素鋼相比焊接性和綜合性能較好，強度是傳統結構鋼Q345的2倍多，在工程及軍工領域中應用具有很大的優勢，目前HG785D鋼板處于推廣階段。在保證強度的前提下為了減輕自重，大量應用高強結構鋼薄板，但薄板在焊接過程中存在一些問題，比如熔池上撓，焊后變形復雜、多元化，較長構件的焊接錯邊嚴重，平面度與直線度較難保證，扭曲嚴重，焊后很難達到使用要求，同時HG785D材料為調質鋼，焊后不可以熱校，校形困難，并且沒有規范的焊接參數等，阻礙了HG785D材料的推廣，而槽形件對扣焊接結構占比很大且具有代表性，因此研究HG785D材料薄臂槽形件對扣焊接具有重大的實際意義。

1 HG785D材料及焊接性分析

與同強度的中碳鋼相比，HG785D鋼板焊接性較好，在重要工程領域和軍工行業應用較多，焊接性的好壞取決于材料的化學成分。HG785D材料的化學成分如表1所示。

表1 HG785D材料化學成分%

碳當量對焊接的影響很大，碳當量較大的鋼在焊接過程中會發生淬硬傾向，在熱影響區產生淬硬組織，甚至冷裂紋。碳當量較小時不會產生淬硬傾向，通過計算可得到HG785D材料最大碳當量為

當碳當量大于0.6%時，冷裂紋的敏感性較大，需采取預熱、焊后緩冷等措施防止焊后過冷產生淬硬裂紋。HG785D鋼板碳當量小于0.6%，有一定的淬硬傾向，板厚較小時可不進行預熱。

根據化學成分計算冷裂紋敏感指數Pcm為

由式（2）計算結果可知，該鋼冷裂紋敏感指數Pcm＜0.4，且對冷裂影響較大的合金元素S、P含量很低，說明該鋼的冷裂敏感性較小。

根據化學成分計算熱裂紋敏感指數HCS為

由式（3）計算結果可知，熱裂紋敏感指數HCS小于2。一般認為當Mn/S＞25時，不會產生熱裂紋，該鋼的Mn/S為120，遠大于25，說明該鋼的熱裂敏感性很小。

綜上所述，該鋼產生焊接冷、熱裂紋的可能性較小，薄板焊接前后無需進行熱處理。

2 試驗工藝及方法

將HG785D鋼板折彎成槽形件，規格6000mm×100 mm×50 mm，板厚t=4 mm，2件。

2.1 焊絲選取

采用與HG785D材料強度、成分相近的SLD-80焊絲，其強度可達800 MPa，與HG785D材料抗拉強度相近。HG785D材料的力學性能如表2所示。

表2 HG785D鋼板力學性能

2.2 焊接工藝

（1）坡口鈍邊的選取。

薄壁梁為重要的承載結構，對焊縫要求嚴格，槽形件對接焊接只能采用單面焊，理想焊縫為單面焊雙面成形。為了保證焊透，鈍邊的選取尤為重要，鈍邊較小會導致燒穿，較大會導致焊不透等缺陷。分別采用無鈍邊、0.5 mm、1 mm、1.5 mm、2 mm 鈍邊進行試驗，無鈍邊、0.5 mm、1 mm鈍邊時均出現不同程度的焊穿，背面成形較差，1.5 mm鈍邊時焊后的背面成形美觀，無燒穿現象，2 mm鈍邊時局部區域出現未焊透，焊接坡口及鈍邊如圖1所示。

圖1 坡口開制

（2）點固焊。

由于鋼板較薄，厚度方向剛性較差，焊接過程受熱不均勻，溫度梯度較大收縮不一致，導致錯邊及波浪變形，嚴重時導致產品無法使用，造成生產浪費。因此焊前需對兩槽形件進行點固定焊接，焊點的拘束作用可減小焊接應力以及相變引起的變形及錯邊，還可以避免槽形件的回彈現象，經過反復試驗，采用150~200 mm間距點焊，點焊長度20~30 mm，可有效控制波浪變形、錯邊及撓曲變形，點固定采用TIG無絲焊接，不僅可將鈍邊熔透，而且在打底焊時無需清理焊點，避免打磨焊點后，剩余焊點焊縫強度不夠導致槽型件崩開。槽形件點固定焊接如圖2所示。

（3）打底蓋面焊。

圖2 槽形件TIG點固定焊接

打底焊是最關鍵的一道焊縫，打底焊經常會出現未焊透、燒穿、焊道不平整、焊根咬邊等缺陷，影響后續填充蓋面焊接。采用TIG鎢級氬弧不填絲焊接，易控制熱量，既防止燒穿又能有效熔透鈍邊。TIG打底實物如圖3所示，焊道整齊，焊縫熔合均勻成形較好，為后續填充焊打下良好基礎。蓋面采用混合氣體保護焊接[φ（20%）CO2+φ（80%）Ar]，焊縫表面成形平整光滑，無咬邊、焊瘤、氣孔等缺陷。正面焊縫成形如圖4所示，梁切割后背面焊縫成形如圖5所示。

圖3 打底焊正面成形外形

焊接后記錄梁變形情況，如表3所示。6 m大梁焊后整體變形較小，直線度保證較好，偏差僅為0.7 mm，長度方向錯邊0.3 mm，梁平面度保證較好，在焊縫面最高最低相差0.8 mm，非焊接面由于焊縫的橫向收縮導致平面度為0.2 mm，可見焊后梁整體變形較小，即使對平面度、直線度要求較高也可直接投入使用。

3 力學性能試驗

焊后按國標GB/T 3323-2005對主梁焊縫進行X射線探傷，未發現氣孔、夾雜、未焊透、未熔合等缺陷，焊縫質量達到QJ176A-1999的Ⅰ級要求。

圖4 正面焊縫成形

圖5 背面焊縫成形

表3 HG785D鋼板力學性能

焊后取試樣進行拉伸、沖擊硬度試驗，如圖6、圖7所示。拉伸試驗結果如表4所示。

圖6 拉伸試驗

由表4可知，斷裂位置均出現在基材，焊縫強度超過基材強度的90%，沖擊功大于基材的47 J，強度達到Ⅰ級要求。

表4 拉伸試驗結果

圖7 拉伸試樣

4 結論

通過對HG785D薄壁槽形件對扣焊接進行研究可知，采用1.5 mm鈍邊，TIG打底焊（無絲），混合氣體保護焊填充蓋面，焊接工藝合理，可實現單面焊接雙面成型，外形齊整美觀，背面成形良好，射線探傷滿足QJ176A-99《地面設備熔焊通用技術條件》Ⅰ級焊縫，焊縫強度超過基材90%，沖擊功大于基材，焊后撓曲變形較小，平面度小于1 mm，錯邊很小，焊后可直接投入使用。該焊接工藝經過多次檢驗，可以推廣到HG785D薄板的焊接領域，為低合金高強鋼薄板焊接提供技術支持。

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