燒結與熔煉焊劑焊接工藝性能及生產成本研究

李靜宇 李曉闖 韓艷紅 吳慶富

摘 要：為了探究燒結焊劑的焊接工藝性能，我們對燒結焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431進行了埋弧焊焊接工藝評定試驗和焊接成本分析，試驗結果表明：燒結焊接和熔煉焊劑均滿足埋弧焊焊接質量要求，且燒結焊劑的焊接工藝性能更好。燒結焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431在橋、門式起重機生產制造中的應用試驗證明：采用燒結焊劑代替熔煉焊劑切實可行，燒結焊劑的經濟性更好。

關鍵詞：燒結焊劑;熔煉焊劑;焊接工藝

埋弧焊具有焊接生產率高、焊接質量穩定、勞動條件好、自動化程度高等特點而廣泛應用于各類重型機械產品制造中。埋弧焊常用的焊劑有兩種，分別為燒結焊劑和熔煉焊劑，燒結焊劑電弧燃燒穩定，焊縫成型美觀，易脫渣，可有效提升生產效率，綜合成本較低;熔煉焊劑抗熱裂紋性能好，具有一定的抗潮能力，但不易脫渣，影響班組生產效率，且綜合成本較高。為了進一步研究兩種焊劑在起重機制造中的應用情況，同時降低企業的生產成本，本文開展了兩種埋弧焊焊劑工藝性能評定試驗來檢驗二者的焊接工藝性能，探究我公司產品制作所用埋弧焊焊劑大規模采用燒結焊劑替代熔煉焊劑的可行性。

1 燒結焊劑與熔煉焊劑性能對比

1.1 燒結焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431的化學成分對比

我公司產品生產制造使用的埋弧焊焊劑牌號為SJ101與HJ431，二者主要化學成分見表1、表2。

1.2 燒結焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431的工藝性能對比

燒結焊劑常溫下呈灰白色近圓顆粒狀，松裝密度較小，焊劑易于回收;熔煉焊劑則表現為深棕或亮黑色玻璃顆粒狀，松裝密度較大，二者工藝性能見表3。

2 燒結焊劑SJ101與熔煉焊劑HJ431焊劑埋弧焊接工藝評定試驗

本次試驗參照GB 50661-2011鋼結構焊接規范進行，試驗內容包括兩種焊劑對接接頭的力學性能試驗、工藝性能檢測以及焊接成本試驗三項，在試驗結果滿足焊接工藝要求的前提下，探究相同長度焊縫兩種焊劑的實際消耗量，最終得到二者的焊接成本對比結果。

2.1 試驗材料、焊接設備及參數

本次試驗選用焊接材料參數見表4，SJ101焊劑350℃烘干2h處理，HJ431焊劑250℃烘干2h處理。焊機型號為KZ-4數字化埋弧焊機，控制焊接電流參數為450～560A，電壓30～35V，焊接速度25～32m/h。

2.2 試驗項目及檢查內容

1）力學性能試驗：檢測項目包括試板外觀檢驗、焊縫超聲波探傷檢測（UT檢驗）、金相分析檢測、力學性能試驗（拉伸2件，彎曲4件，沖擊2組）。

2）工藝性能試驗：檢測項目包括焊縫外觀質量、焊渣外觀質量、脫渣情況、電弧穩定性。

3）焊劑成本對比試驗：選取我公司某型號主梁腹板作為試驗工件進行焊接成本試驗，控制焊縫長度10m，記錄兩種焊劑的消耗量和產生的焊渣重量，進行成本估算。

3 試驗結果與分析

1）燒結焊劑SJ101與熔煉焊劑HJ431埋弧焊力學性能試驗結果見表5。

由表5可知，燒結焊劑SJ101與熔煉焊劑HJ431的外觀質量正常;UT檢驗無可記錄缺陷，符合GB/T29712-2013 2級驗收要求;金相分析檢驗在焊縫區、熱影響區均無可見的裂紋、未融合等缺陷;焊縫區的平均沖擊吸收功和熱影響區的平均沖擊功均遠高于規定值，母材厚度為14mm時，兩種焊劑對應的試板平均沖擊吸收功數值相同，母材厚度為40mm時，SJ101焊劑的試板平均沖擊吸收功數值高于HJ431焊劑的試板平均沖擊吸收功數值;兩種焊劑對應試板的抗拉強度均大于母材規定值的最小值;彎曲試樣拉伸面上的焊縫和熱影響區內，沿任何方向均未發現長度大于3mm的開口缺陷。以上分析結果證明，燒結焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431的試樣各項檢驗結果均滿足焊接工藝要求，且燒結焊劑SJ101在板厚為40mm時抗拉強度和平均吸收功值高于熔煉焊劑HJ431。

2）采用我公司某型號主梁腹板作為試驗工件進行焊接成本試驗，通過焊接過程記錄和焊后觀察發現，燒結焊劑SJ101焊接時電弧燃燒更加穩定，焊接產生的煙塵更少，無嗆人氣味，在焊接過程中可自動脫渣，焊接工藝性能良好，焊縫表面成形飽滿美觀。兩種焊劑產生的焊渣正反面對比情況見圖1，脫渣情況見圖2，焊縫表面質量見圖3。

燒結焊劑SJ101產生的焊渣呈白色棒條狀，焊渣與焊縫接觸面紋路清晰均勻，在焊接過程中可自行脫渣，自動脫渣長度最大為1.6m，脫渣性能優異;HJ431焊劑產生的焊渣呈黑色棒條狀，焊渣與焊縫接觸面產生一定數量大小不均的氣孔，且無自動脫渣情況，需班組施焊人員手動脫渣，影響班組生產效率。

由表6中結果可知，埋弧焊實際焊接過程中均會產生無法避免的操作損耗，但燒結焊劑的利用率高于熔煉焊劑，且燒結焊劑易于回收。焊接相同長度的焊縫時，燒結焊劑的使用量更少，較熔煉焊劑節省約18%。目前市面上某品牌燒焊焊劑SJ101的價格比熔煉焊劑HJ431低6%左右，假設我公司埋弧焊熔煉焊劑的年消耗量為300噸，若全部使用燒結焊劑代替熔煉焊劑，則可節約成本22.68%，經濟效益可觀，因此燒結焊劑SJ101的經濟性顯著優于熔煉焊劑HJ431。

4 燒結焊劑在起重機制造中的應用

根據焊接工藝評定試驗結果編制相應的焊接工藝規程，采用燒焊焊劑SJ101與焊絲H08MnA焊接我公司某型號起重機主梁縱縫及卷筒環縫，對焊縫進行外觀質量檢查、磁粉探傷等檢驗，檢驗結果滿足《鋼結構焊接規范》、《橋、門式起重機結構件焊縫外形尺寸技術要求》、《起重機設計規范》要求。實踐證明采用燒結焊劑代替熔煉焊劑切實可行，且燒結焊劑的經濟性更好。

5 結論

1）兩種焊劑的焊接工藝評定試驗結果表明，燒結焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431的焊接工藝性能良好，均能滿足我公司產品的焊接質量要求，且燒結焊劑SJ101對應的焊縫抗沖擊性能更強。

2）與熔煉焊劑HJ431相比，燒結焊劑SJ101的脫渣性能更好，且焊接相同長度的焊縫，燒結焊劑SJ101的消耗量比熔煉焊劑HJ431節省約18%，綜合成本降低22.68%，經濟性更好。

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