深窄間隙焊接技術(shù)在大厚度構(gòu)件材料焊接中的應(yīng)用研究

白雪強

摘要：隨著我國焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，深窄間隙焊接技術(shù)以降低熔敷量、焊接時間短以及變形小等優(yōu)勢而被廣泛的應(yīng)用到大厚度構(gòu)件材料的焊接作業(yè)中。本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗，以495HR電鏟推壓滾筒減速箱底座耳子更換焊接為例，詳細(xì)闡述深窄間隙焊接技術(shù)在該構(gòu)件焊接中的應(yīng)用方案，以此為今后工作提供實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：深窄間隙焊接技術(shù);大厚度構(gòu)件;焊接技術(shù);495HR電鏟

495HR電鏟是煤炭企業(yè)的主要采掘設(shè)備，根據(jù)調(diào)查在495HR電鏟推壓滾筒中的減速箱底座耳子沿軸孔方向會出現(xiàn)斷裂，如果沒有及時對其進(jìn)行維修則會造成巨大的安全事故。一般斷裂位置是集中受力點，因此對于減速箱底座耳子斷裂問題必須采取更換耳子的焊接維修方案。耳子更換焊接屬于大厚度構(gòu)件材料，傳統(tǒng)的焊接維修技術(shù)具有諸多缺陷，難以滿足大厚度構(gòu)件焊接要求。因此本文結(jié)合多年工作經(jīng)驗，提出基于深窄間隙焊接技術(shù)維修方案，以此為今后工作提供經(jīng)驗參照。

一、深窄間隙焊接技術(shù)的概述

隨著我國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，厚板、超厚板焊接金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越廣泛。尤其是煤炭行業(yè)機械設(shè)備板材厚度不斷增加，因此要求在焊接維修中必要要改變傳統(tǒng)的焊接工藝，因為傳統(tǒng)的大厚度焊接方法不僅存在開坡口困難的問題，而且其焊接速度比較慢，存在焊接板材應(yīng)力變形的問題。而深窄間隙焊接技術(shù)是厚板對接接頭在開焊前只開很小的坡口，在焊接處留有深而窄的間隙，經(jīng)過特殊的焊絲、保護(hù)氣體以及電極向狹窄的坡口完成整條焊縫的焊接方法。其相比傳統(tǒng)的焊接技術(shù)而言，具有以下優(yōu)點：一是生產(chǎn)效率高。相比傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，此種工藝不需要對焊接件進(jìn)行開更大的坡口，可以直接進(jìn)行焊接，無疑會提高焊接作業(yè)的工作效率;二是節(jié)約焊接材料，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。采取深窄間隙焊接技術(shù)能夠節(jié)約母材和焊絲的消耗，這樣可以有效節(jié)約焊接作業(yè)的成本。例如采取此種技術(shù)可以減少填充金屬的用量，進(jìn)而會給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益;三是對大厚度材料的損害較少，尤其是采取深窄間隙焊接技術(shù)可以減少應(yīng)力材料變形，因為焊接熱量輸入比較低，這樣可以有效避免高溫對應(yīng)力材料產(chǎn)生變形影響問題的發(fā)生。

當(dāng)然我們在肯定深窄間隙焊接技術(shù)優(yōu)點的同時必須要清晰地認(rèn)識到該工藝的缺陷，此種焊接工藝對焊絲位置要求比較高，電弧的任何不穩(wěn)定現(xiàn)象都會容易產(chǎn)生缺陷。例如在深窄間隙焊接作業(yè)過程中，由于采用聯(lián)h弧焊工藝方法時，如果渣殼不能自動脫落，對寬度只有20一30mrn的深窄坡口來說，手工清除渣殼將十分困難，因此要求焊接人員要熟練掌握焊接工藝。

二、深窄間隙焊接技術(shù)在大厚度構(gòu)件材料焊接中的應(yīng)用

大厚度構(gòu)件材料焊接對焊接工藝要求比較高，495HR電鏟是煤炭企業(yè)的主要采掘設(shè)備，495HR電鏟推壓滾筒中的減速箱底座耳子斷裂問題會產(chǎn)生巨大的安全事故，因此需要及時對其進(jìn)行更換維修。由于耳子更換焊接屬于大厚度構(gòu)件材料，因此結(jié)合多年工作經(jīng)驗，采取深窄間隙焊接技術(shù)工藝。

1. 焊接材料

基于大厚度構(gòu)件材料的特點，本次焊接使用的材料為 ?TM-771藥芯焊絲，焊接設(shè)備及參數(shù)：使用MillerDimension.TM.812焊機和配套移動送絲機。采用深窄間隙焊接方法，焊接方法采用氬弧焊接方法打底，這樣可以獲得較好的背部成形。同時為了提高焊接作業(yè)的工作質(zhì)量，本次焊接使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊接方法。用純度高于99.95%的CO2氣體為保護(hù)氣體。

2. 焊接方法

采用Co2氣體保護(hù)焊，多層多道焊接方法。由于采取的多層多道焊接方法，為此對金相組織表征進(jìn)行分析，由于在同一層焊接時，兩道焊接縫會出現(xiàn)搭接現(xiàn)象，搭接處組織呈現(xiàn)細(xì)晶特征（細(xì)晶一般在兩道焊縫的中間位置）。而且在層與層焊接時，由于后續(xù)的焊接會對前一層中的焊縫進(jìn)行二次加熱，因此在每一道焊縫的下部也會出現(xiàn)細(xì)晶區(qū)。

3. 焊接工藝流程

深窄間隙焊接技術(shù)在耳子更換焊接中的工藝流程主要是：使用氧乙炔和碳弧氣刨去除斷裂的耳子，角磨機打磨基座;尺寸的測量，制作假軸和固定盤等找正工裝工具;匹配材質(zhì)性能相近的板材，根據(jù)斷裂耳子的形狀進(jìn)行仿形切割制作備件;使用假軸和固定盤工裝工具進(jìn)行安裝定位并進(jìn)行固定（預(yù)防焊接變形）。

4. 焊接作業(yè)中的難點與需要注意事項

（1）焊接作業(yè)中的難點

通過分析耳子更換焊接在使用深窄間隙焊接技術(shù)時與遇到以下難點：耳子的精確測量定位;焊接前的預(yù)熱溫度;焊接后裂紋的預(yù)防措施;焊接后保溫措施。

（2）焊接作業(yè)中需要的注意事項

焊接生產(chǎn)中焊接缺陷是不允許存在的，因此要嚴(yán)格遵守焊接工藝，以保證焊縫的機械性能和力學(xué)性能得到較好的焊接質(zhì)量。

防止焊接缺陷措施： 控制焊縫中碳、硫、磷等有害元素含量。 調(diào)整焊接參數(shù)得到抗裂能力較強的焊接成形系數(shù)。調(diào)整冷卻速度，冷卻速度越大，裂紋傾向越大。 嚴(yán)格控制氫的來源，嚴(yán)格清理待焊處兩側(cè)100㎜以內(nèi)的油污等雜質(zhì)，防止產(chǎn)生冷裂紋。焊接完畢，進(jìn)行熱處理。用加熱板和石棉布把焊縫包裹，使焊縫及其附近區(qū)域進(jìn)行加熱、保溫、緩冷至常溫。用角磨機將焊縫打磨平整，目的降低焊接應(yīng)力峰值，使應(yīng)力分布比較平緩，起到消除焊接應(yīng)力的作用。

三、焊接接頭力學(xué)性能測試

1. 硬度測試。為了保證焊接的質(zhì)量需要對焊接部位的硬度進(jìn)行測試，以此保證設(shè)備的安全。本次硬度測試采取的是維氏硬度計進(jìn)行測試。具體就是采取載荷為9.8N，加載時間為20s，兩個硬度測試點的距離為0.5mm。通過對測試結(jié)果的分析，母材處的硬度與焊縫處的硬度差值不大。一般在250-260HV之間。其中熱影響區(qū)粗晶區(qū)的硬度值最高，達(dá)到390HV，熱影響區(qū)寬度為2.3左右。由此可見在整個接頭區(qū)域內(nèi)熱影響區(qū)的硬度值最高，而導(dǎo)致硬度分布不均的主要原因是由于母材內(nèi)的組織不均勻造成的。因此可以得出結(jié)論，碳化合物的尺寸以及分布會影響焊接的硬度，例如碳化合物的尺寸越小分布越均勻彌散。其強度就會越高。

2. 伸拉性測試。伸拉性測試是檢測焊接質(zhì)量的重要指標(biāo)。實驗檢測證明母材與接頭不同溫度抗拉強度與屈服強度有關(guān)。例如焊接縫在不同溫度伸拉后，焊縫材料的抗拉和屈服強度衰減程度會明顯低于母材。其原因主要是由于該區(qū)域在經(jīng)過多次的加熱回火后，導(dǎo)致焊接縫的強度變得比較低。例如根據(jù)檢測證實在焊接接頭位置的接頭拉伸性能最為薄弱。

3. 沖擊韌度試驗研究。根據(jù)調(diào)查顯示，不同區(qū)域的沖擊韌度不同，低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度越低說明材料抗脆斷性能越好。以上得出的脆性轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)低于焊接接頭力學(xué)性能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。與此同時不同的母材斷口業(yè)存在韌度的變化，例如母材區(qū)斷口韌窩比較深，存在明顯的撕裂痕跡，因此表明其具有較高的沖擊韌度。而熱影響區(qū)的斷口，其韌窩較淺，而且比較平滑，因此其韌度就比母材較差。

四、結(jié)語

通過對深窄間隙焊接技術(shù)在495HR電鏟推壓滾筒中的減速箱底座耳子斷裂更換焊接中的應(yīng)用，我們可以得出以下結(jié)論：一是采取此種焊接工藝可以很好地達(dá)到焊接目的要求，而且在焊接過程中避免了焊接缺陷。二是母材與焊縫的力學(xué)性能相差無幾，而熱影響區(qū)的粗晶區(qū)的硬度值最高的位置。三是母材的脆性轉(zhuǎn)變溫度最低，而熱影響區(qū)的脆性轉(zhuǎn)變溫度要高于母材脆性轉(zhuǎn)變，由此可見低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度越低，就說明材料的抗脆端性能越好。

由此可見深窄間隙焊接技術(shù)在大厚度構(gòu)件材料的焊接中不僅可以有效解決傳統(tǒng)焊接工藝的弊端，而且還可以提升焊接作業(yè)成本效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，例如本次焊接工藝，節(jié)約維修成本和縮短維修工時。因此此種焊接工藝具有較高的市場推廣價值。

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