壓力容器支撐板自動脈沖焊接工藝探討

陳俊生，徐雷，李洪松

廊坊廣廈新源石化設備制造有限公司 河北廊坊 100083

1 序言

國內某壓力容器公司支撐板在使用過程中出現焊接開裂情況，為提升焊接質量，將現有人工焊接優化為機器人脈沖焊接。本文通過機器人脈沖焊接與人工焊接焊后力學性能及熔深對比探討，升級焊接工藝，為后續相似產品焊接提供技術支持。

2 結構設計

（1）縱梁規格 母材材質為Q 3 5 5 B鋼，整體工件規格為3 5 0 m m×3 7 0 m；縱梁規格220m m×120m m×120m m×6m m，橫梁規格為250mm×120mm×100mm×8mm（見圖1）。

圖1 縱梁

（2）橫梁端部坡口工藝要求 折槽焊接端根據板材的厚度開V形坡口，坡口角度為35°，鈍邊0.5mm（見圖2），采用銑邊機械加工，以保證坡口形狀一致。

圖2 鈍邊尺寸

3 焊前準備

（1）焊接設備 方案1：采用松下脈沖焊接電源YD-500GL4HGK+焊接機器人本體TM1400（見圖3）；方案2：采用松下普通焊接電源KR-500。

圖3 焊接機器人

（2）焊絲 采用金橋ER50-6，φ1.2mm實芯焊絲。

（3）焊接氣體 采用80%Ar+20%CO2混合氣體保護。

4 焊接工藝

（1）焊前預處理 按圖樣要求鉚接2組相同規格工件，并做好工件標記。工件焊道兩邊100mm處進行表面噴砂處理，去除銹蝕，露出金屬光澤。

（2）焊接工藝過程 方案1：采用機器人+脈沖電源焊接，機器人采用在線編程示教、電壓傳感、電弧跟蹤模式。方案2：人工焊接方式采用平角焊模式，即平角焊畫圓弧手法進行焊接，具體焊接參數見表1。

表1 焊接參數

（3）焊道外觀對比 機器人與人工采用相同電流及速度進行焊接后，2種工件焊腳高度一致，都為5mm，滿足工藝要求。從外觀上觀察，機器人脈沖焊接焊道更圓滑飽滿，如圖4所示。

圖4 焊縫形狀

5 力學性能及微觀組織分析

（1）拉伸試樣 將試件按圖5進行切割制備焊接接頭取樣，樣品規格100mm×25mm，用WEW-600C拉伸試驗機進行拉伸，測量2組焊接接頭樣品抗裂力學性能。

圖5 試樣切割示意

（2）抗裂數值對比 人工普通焊接工件編號P-01、機器人脈沖焊接工件M-01，通過起裂拉力數值及斷裂拉力別表數值進行比較，M-01＞P-01，抗裂測量數據見表2。

表2 抗裂數據 （kN）

（3）抗裂對比分析 焊道斷裂部位均在焊道與母材的熔合線部位（見圖6），因拉伸過程中該部位是應力集中位置[1]。

圖6 抗裂部位

由于脈沖焊接具有脈沖功能，脈沖焊接的熱輸入低于普通焊接，因此出現的熱影響區淬硬性組織概率低于普通焊接工件，并且組織更加致密。

（4）焊接熔深對比及分析 將2組工件進行剖切，制作熔深觀察樣件，大小為50mm×20mm，通過4%的硝酸溶液進行腐蝕，對比照片如圖7所示。

圖7 焊接熔深

從圖7可以看出，在人工普通焊接工件編號P-02、機器人脈沖焊接工件M-02中，通過起裂拉力數值及斷裂拉力數值進行比較（見表3），M-02＞P-02。由于脈沖焊接電弧挺度高于普通焊機，加之機器人焊接穩定性促進熔池熔敷率，因此增加熔合線長度，從而增加了熔深[2]。相同結構工件，熔敷率越高，焊道本身強度越高[3]。

表3 焊接熔深 （mm）

6 結束語

脈沖焊機與普通焊機采用相同焊腳高度的焊接參數，支撐板焊接接頭由于脈沖焊機電弧能量集中，因此增加焊接熔敷率，焊接熔深更深，在焊道飽滿性條件下抗裂性能更好。