焊縫前端起弧缺陷TIG重熔修復技術的應用

胡樹萌

【摘 要】工程機械零部件機械手焊接完成后，焊縫前端起弧處容易產生冷滾、焊瘤等焊接缺陷，導致焊縫前端起弧處外觀較差且容易引起焊接應力集中造成焊縫失效的風險，使用TIG重熔修復技術對焊縫前端的起弧缺陷進行重熔修復可消除上述缺陷的同時使焊縫前端平滑過渡，減少應力集中的產生，降低疲勞失效的風險，提高焊縫使用壽命。

【關鍵詞】重熔修復;應力集中;消除缺陷;降低疲勞失效

【中圖分類號】TG44 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0079-02

1 概述

焊接作為一種重要的先進制造技術在工業生產和國民經濟建設中起著非常重要的作用。經過幾十年的快速發展，目前焊接已在許多工業部門的金屬結構（如建筑鋼結構、船體、鐵道車輛、壓力容器等）制造中取代了鉚接。此外，在機械制造業中，以往由整鑄整鍛方法生產的大型毛坯改為焊接結構，占世界主要工業國家鋼產量的50%～60%[1]。

與鉚接、螺栓聯接的結構相比較，或者與鑄造和鍛造的結構相比，焊接結構具有下列優點：焊接接頭強度高;焊接接頭密封性好;焊前準備工作簡單;易于結構的變更和改型。因此，焊接方法已成為使用最為廣泛的工藝方法，在工程機械行業的產品生產中，焊接是最主要也是最重要的連接形式，然而工程機械產品在使用的過程中也經常發生失效事故，據統計，其中90%是由于疲勞失效導致的開裂現象。

在工程機械產品中，疲勞失效被公認為一種主要的失效形式，產品在使用過程中因焊縫不斷地承受交變載荷，容易導致焊縫起弧處產生疲勞裂紋，然后在使用過程中疲勞裂紋不斷地擴展，導致焊縫開裂，最終導致結構失效。

焊縫前端起弧處容易產生疲勞裂紋的主要原因是焊接缺陷。眾所周知，焊縫起弧處容易產生冷滾、焊瘤等焊接缺陷，該類缺陷如果不徹底清除掉，會導致產品在后續使用過程中產生應力集中的現象，應力集中就會導致疲勞失效。

徐州巴特工程機械股份有限公司針對焊縫前端起弧處的冷滾、焊瘤等焊接缺陷采取的措施是使用磨光機進行打磨處理，以此來消除焊縫前端的焊接缺陷，使焊縫前端起弧處平滑過渡，減少焊接應力的產生。但是在長時間的使用過程中我們發現，該處理方式會存在如下不足：焊縫打磨外觀較差;打磨容易傷及母材;打磨區域空間較小時，打磨不易進行操作;打磨返修時間較長，打磨效率較低等。

為了解決上述問題，經過反復的實驗驗證，我們開發了一種新的處理工藝，即TIG重熔修復工藝。該工藝的使用原理主要是使用氬弧焊機利用鎢極前端產生的氬弧熱源將焊縫前端起弧缺陷重新進行熔化，清除焊縫起弧處存在的冷滾、焊瘤等焊接缺陷，并形成平滑過渡的重熔區，減少應力集中的現象，使焊縫前端起弧處的焊縫性能得到較大的改善。這種TIG重熔修復方式相較于之前的打磨修復，不僅修復后的焊縫外觀有了較大的提升，而且還能大大降低操作工的勞動強度，同時提升修復效率、降低修復成本。因此，綜合上述試驗驗證得出的優點，徐州巴特工程機械股份有限公司已經著力推動TIG重熔修復技術在工程機械零部件焊縫起弧缺陷的修復應用。

2 工藝驗證

使用TIG重熔修復技術對焊接缺陷進行重熔修復時，需要平穩放置零部件，并調整到合適的操作角度，因為只有調整到合適的角度才便于消除起弧處缺陷并重熔出平滑過渡的焊縫起弧外觀，同時按照工藝要求的重熔順序進行起弧缺陷的重熔修復工作。工藝參數的編制方面必須根據產品的自身特性使用合適的氬弧焊機，并經過反復的驗證試驗后，最終選擇相匹配的氣體配比、鎢極直徑、焊接電流等工藝參數。

徐州巴特工程機械股份有限公司生產的產品主要是工程機械的零部件產品，它的主要材質是碳鋼和鑄鋼件，產品的焊縫形式主要是多層多道焊接的大焊縫，對于這一類工程機械零部件進行重熔修復工藝驗證時，我們使用“林肯”V270-T氬弧焊機在產品上進行反復的工藝驗證試驗，最終制定出相對合理的重熔修復工藝參數，本次工藝按照表1列舉的工藝參數進行重熔修復處理。

2.1 外觀質量

從現場產品中選擇焊縫前端起弧不良的焊縫，通過圖1可以明顯地看出該焊縫多層多道焊接時，每一層焊縫前端起弧處均出現冷滾現象，導致焊縫前端整體不平滑過渡。該缺陷如不進行修復處理，后續在使用過程中極易產生應力集中現象，最終導致焊縫疲勞失效。

使用TIG重熔修復技術對焊縫前端起弧缺陷進行重熔修復，從TIG重熔修復前后的對比效果看，修復完成后冷滾缺陷被完全消除，錯層焊縫起弧區域平滑，焊縫與焊縫之間、焊縫與母材之間均變為平滑過渡，TIG重熔修復完成后的該種結構形式可有效地分散焊接應力及應力集中現象，后續產品在投入市場使用過程中會大大降低應力集中現象，焊縫的抗疲勞性能大大提高，產品的使用壽命得以延長。重熔修復前后的對比如圖1所示。

3 結語

焊縫前端起弧缺陷TIG重熔修復代替打磨處理，會使焊縫缺陷修復工時至少降低一半，耗材成本降低約80%，同時大大降低操作人員的勞動強度，可有效節約人力、時間及物料成本，綜合效益更高。目前，已在徐州巴特工程機械股份有限公司工程機械產品生產中進行大范圍的推廣應用。

經過前期反復的工藝驗證及產品的推廣使用，TIG重熔修復技術可有效地去除焊縫前端起弧處的冷滾及焊瘤等焊接缺陷，具有缺陷修復時間短、效率高，不會傷及母材，便于操作且修復外觀較好的優點。經TIG重熔修復后，焊縫組織晶粒細化，可有效提高焊縫的疲勞強度和延長產品的使用壽命等，適合在工程機械行業進行大范圍的推廣使用。

參 考 文 獻

[1]哈爾濱工業大學，方洪淵.焊接結構學[M].北京：機械工業出版社，2008.

[2]侯濤.焊趾TIG重熔層激冷處理對殘余應力分布影響的研究[D].大連：大連交通大學，2008.

[3]趙靜彬，曲金光，盧靜.TIG重熔工藝對焊縫區殘余應力的影響[J].焊接技術，2003（6）.