中部槽雙面雙弧打底焊工藝研究

張彩霞

摘要：采用異種鋼進行中部槽雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗。試驗了半機械化和自動化兩種焊接方式，采用不同的對接間隙和鈍邊，并分析了焊接接頭的宏觀金相、微觀組織形貌和力學性能。結果表明，對接間隙為2～3 mm、鈍邊為0～2 mm，是半自動化和自動化MAG雙面雙弧打底焊工藝實施的最佳參數，可以獲得優良的焊接接頭。

關鍵詞：中部槽;雙面雙弧焊;打底焊;半機械化;自動化

中圖分類號：TG444+.72 文獻標志碼：B 文章編號：1001-2303（2020）04-0127-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.04.23

0 前言

雙面雙弧焊是指在工件的兩面同時施焊的焊接工藝。打底焊是焊接制造的關鍵，自動化打底焊更是難點之一。目前，礦用中部槽打底焊技術主要采用的有正面打底、反面清根的方式，單面焊雙面成型方式[1-3]，TIG雙面雙弧焊方式，氣渣聯合保護方式[4]。清根方式主要有自動或半自動的碳弧氣刨、砂輪打磨等，費時費力，工人勞動強度大。單面焊雙面成型技術依賴于母材對接間隙的標準化程度，適應性差;雙面雙弧焊是目前最適合進行自動化的打底焊方式，但是大部分局限于手工TIG焊，手工TIG焊生產效率低，不適合用于厚板的自動化焊接。自動化、智能化是現代生產制造的趨勢與發展方向，厚板的自動化打底焊接成為需要迫切解決的問題之一。

1 工藝試驗

工藝試驗的主要目的是評定中部槽雙面雙弧MAG打底焊工藝的可行性，同時確定合理的工藝。

1.1 試件的規格及接頭形式

試驗接頭采用對接接頭，如圖1所示，由中板和槽幫對接而成。中板規格350 mm×150 mm×40 mm，開K形坡口，坡口角度為40°，采用機械加工，有效地避免了切割坡口的表面碳化現象;槽幫為鑄件，采用機械加工，規格350 mm×150 mm×40 mm。雙面雙弧焊接位置示意如圖2所示。

1.2 試驗材料

試驗母材中板用材料HARDOX450，屬于超高強耐磨鋼[5]，由瑞典SSAB鋼鐵公司研究開發，適應于制造鏟斗、裝載機、破碎機等，該鋼板能夠承受各種巖石、沙子、矸石的磨損。其化學成分如表1所示，機械性能如表2所示。

試驗母材槽幫用材料ZG30MnSiMo屬中碳低合金鑄鋼，其化學成分如表3所示，機械性能及熱處理狀態如表4所示。

1.3 試驗設計

試驗在半機械化和自動化兩種方式下分別設計不同間隙、不同鈍邊，試驗設計如表5所示。

1.4 半機械化雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗

（1）試驗過程。

半機械化雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗中，采用φ1.2 ER69-1焊絲，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%保護氣體，前弧和后弧間距30 mm，試驗參數如表6所示。

（2）外觀檢驗。

經目測檢驗，半機械化雙面雙弧MAG打底焊道對接間隙在0～3 mm時，焊道表面成形良好;對接間隙為4 mm時，焊道稍有下淌現象;當間隙放大到5 mm時，焊道不能成形，無法實現雙面雙弧焊接。

（3）性能檢驗。

焊接后取樣，分別進行抗拉強度與沖擊試驗，各間隙下打底焊道機械性能如表7所示。

對接間隙為0時，打底焊道抗拉強度及沖擊吸收功都較低，不滿足使用要求;對接間隙在2～4 mm時，檢測數據符合設計性能要求。

（4）金相檢驗。

焊后對各試件的焊接接頭進行了宏觀金相及對應的低倍金相檢驗，半機械化試驗接頭宏觀及低倍金相如圖3所示，主要檢驗打底焊道處是否良好熔合。

由圖3可知，試驗件JX0-0#及JX0-2#均未焊透，存在夾雜;JX2-2.5#打底處槽幫側未焊透;JX3-0#熔合良好，存在輕微氣孔;JX3-2#打底熔合良好，無缺陷;JX3-3#及JX4-3#打底處高強耐磨板側均出現未熔合。結果表明，間隙為2～3 mm，鈍邊為0～2 mm時，坡口設計最為合適，是雙面雙弧MAG打底焊的最佳條件。

2.5 自動化雙面雙弧打底焊試驗

目前，機器人雙面雙弧焊試驗使用較多的是TIG雙弧焊[6]，本研究進行了自動化雙面雙弧自動MAG焊試驗。

（1）試驗過程。

在半機械化試驗的基礎上，采用機器人桶裝φ1.2 GM-100C焊絲，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%保護氣體進行自動MAG雙面雙弧焊接試驗，試驗參數如表8所示。

（2）外觀檢驗。

經目測檢驗，自動化雙面雙弧弧打底焊道對接間隙為0～3 mm時，焊道表面成形良好;對接間隙為4 mm時，焊道稍有下淌現象。

（3）性能檢驗。

焊接后取樣，分別進行抗拉強度與沖擊試驗，打底焊道機械性能如表9所示。

（4）金相檢驗。

焊后對各試件的焊接接頭進行宏觀金相及對應的低倍金相檢驗，金相組織如圖4所示，主要檢驗打底焊道處是否熔合優良。

通過試驗及檢驗證明，ZD1-1#打底未焊透;ZD2-1#打底焊道熔合良好，組織均勻;ZD3-1#打底焊道熔合良好，組織均勻;ZD4-2#打底焊道熔合良好，組織均勻。結果顯示，間隙為2～4 mm、鈍邊1～2 mm時，坡口設計最為合適，是自動化對弧打底焊的最佳條件。

3 應用效果

本研究中半機械化雙面雙弧打底焊工藝技術在生產中得到了快速有效的應用，提高了打底焊接生產效率，穩定了焊接質量。自動化雙面雙弧焊接工藝為將來的自動化焊接、智能化焊接提供了工藝技術支撐。

4 結論

（1）當接頭對接間隙小于等于1 mm時，半機械化及自動MAG雙面雙弧焊工藝無法實現，打底焊道存在未焊透缺陷。

（2）當對接間隙為2～3 mm，鈍邊為0～2 mm時，是半機械化和自動化雙面雙弧焊工藝實施的最佳條件，打底焊道熔合優良、組織均勻，機械性能符合接頭設計要求。

（3）當間隙為4 mm、鈍邊為2 mm，可以實現自動化MAG雙面雙弧打底焊技術。

（4）當間隙大于等于5 mm時，半機械化和自動化MAG雙面雙弧焊工藝均無法實現。

參考文獻：

[1] 賀志范，王振. 單面焊雙面成形質量差的原因及防止措施[J]. 商丘職業技術學院學報，2005，4（5）：53-54.

[2] 王濤. MAG半自動單面焊雙面成型[J]. 水利電力機械，2006，28（9）：46-47.

[3] 梁杰鋒，陳軒波. 單面焊雙面成形質量差的原因及防止措施[J]. 建筑工程技術與設計，2015（30）：839-839.

[4] 郭德才. CO2氣渣聯合保護焊的應用[J]. 焊接技術，1993，22（4）：3-4.

[5] 葛世榮，王軍祥，王慶良，等. 刮板輸送機中錳鋼中部槽的自強化抗磨機理及應用[J]. 煤炭學報，2016，41（9）：2373-2379.

[6] 李綠葉，吳松林. 雙面雙弧焊對高強鋼焊接效率和質量影響分析[J]. 材料開發與應用，2019，34（3）：59-62.