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        管-管對接焊品質(zhì)提升措施的研究

        2012-12-21 08:50:36鐘桂強
        裝備制造技術 2012年6期
        關鍵詞:單面雙面焊條

        鐘桂強

        (廣西柳工機械股份有限公司,廣西 柳州 545007)

        焊接技術是一門重要的金屬加工技術,盡管焊接技術發(fā)展很快,自動化程度也越來越占據(jù)著重要的地位,尤其在管-管對接的液壓管路,單面焊雙面成型焊接技術的作用更顯突出。自從引進應用管-管對接自動脈沖鎢極氬弧焊技術后,管件焊接品質(zhì)快速提高,對管-管對接單面焊雙面成型的焊接技術,提出了新的要求,焊縫表面應圓滑過渡至母材,表面不得有裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷。

        但在實際操作中,由于設備、材料、工藝及操作等原因,使得形成的焊縫達不到理想的品質(zhì)效果,從而未完全發(fā)揮出該項技術的水平。

        1 管—管對接焊的概念

        管-管對接焊指單面焊雙面成型焊接,是采用普通焊條的脈沖氬弧焊技術,在不需要任何輔助措施的條件下,只是在坡口的大小根據(jù)不同的操作方法,留出不同的間隙,在坡口的正面進行焊接,就會在坡口的正、背兩面都能得到均勻整齊、成型良好、符合品質(zhì)要求的焊縫,這種方法主要適用于管管對接、板材對接接頭,是液壓管路焊接工應熟練掌握的操作技能。

        圖1 管-管對接焊技術

        2 常見的焊接缺陷

        2.1 尺寸上的缺陷

        包括焊接件的尺寸誤差和焊縫形狀不佳等。焊縫外表高低不平和波紋粗劣,焊縫寬度不均勻,太寬或太窄,焊縫余高過高或過低等,都屬于焊縫尺寸及形狀不符合要求,這些缺陷不僅是焊縫成型不美,而且容易造成應力集中,影響焊縫與母材的結合強度。

        2.2 結構上的缺陷

        包括氣孔、夾渣、熔合不良、未焊透、咬邊、裂紋、表面缺陷等。這些缺陷是焊接過程中,最容易出現(xiàn)的缺陷,這些缺陷減弱了焊縫的有效面積,降低了焊接接頭的力學性能,而且亦容易造成應力集中,引起裂紋,導致結構破壞,是焊接結構無法承受正常工作載荷。

        圖2 焊接缺陷

        2.3 性質(zhì)上的缺陷

        包括力學性能和化學性質(zhì)等,不滿足焊件使用要求的缺陷。力學性能,指的是抗拉強度、伸長率、硬度、塑性、疲勞強度、彎曲角度等;化學性質(zhì),指的是化學成分和耐腐蝕性等。這些缺陷使焊縫無法達到設計要求的力學性能和化學性能。

        3 焊接缺陷的原因分析

        3.1 焊接電源自身的因素

        焊接電源,是焊接工藝執(zhí)行過程中最重要的因素,若焊接電源自身性能不好,必然會產(chǎn)生不良的焊件,當焊機的引弧性能差,電弧燃燒不穩(wěn)定,就不能保證工藝參數(shù)穩(wěn)定,焊接過程就無法正常進行,焊接品質(zhì)就得不到保證。

        用交流電源焊接時,電源穩(wěn)定性差;用直流電源焊接時,電弧穩(wěn)定、柔順、飛濺少,但電弧偏吹較交流電源嚴重,低氫型焊條穩(wěn)弧性差,通常必須采用直流弧焊電源。用小電流焊接薄壁鋼管時,也常用直流弧焊電源,因為引弧比較容易,電弧比較穩(wěn)定。低氫型焊條用直流電源焊接時,一般用反接,因為反接電弧比正接穩(wěn)定。

        3.2 工藝因素對焊接品質(zhì)的影響

        (1)焊接電流。焊接電流選擇恰當與否,直接影響到焊接的最終品質(zhì)。焊接電流過大,可以提高生產(chǎn)率,并使熔透深度增加,但容易出現(xiàn)咬邊、焊穿、增加焊件變形和金屬飛濺量,也會使焊接接頭的組織,由于過熱而發(fā)生變化,并增大氣孔傾向,尤其是在立焊操作時熔池難以控制,易出現(xiàn)焊瘤,弧長增加,就會產(chǎn)生咬邊;焊接電流過小,使電弧不穩(wěn),熔透深度減小,易出現(xiàn)未焊透、熔合不良、夾渣、脫節(jié)等缺陷。

        焊接電流應根據(jù)管件厚度、接頭形式、焊接位置、焊接層數(shù)、焊條類型、焊條直徑和焊接經(jīng)驗等因素綜合考慮,對于一定的直徑的焊條,有一個合適的焊接電流范圍,可參考表1。

        表1 焊接電流與焊絲直徑的關系

        (2)焊接速度。焊接速度是表征焊接生產(chǎn)效率的主要參數(shù)。合理選擇焊接速度,對保障焊接品質(zhì)尤為重要。焊接速度應當均勻適當,既要保證焊透又要保證不焊穿,同時還要使焊縫寬度和余高等符合設計要求。焊接速度快,熔池溫度不夠,易造成未焊透、未熔合、焊縫成型不良等缺陷;焊接速度過慢,高溫時間變長,熱影響區(qū)寬度增加,焊接接頭的晶粒變粗,機械性能變低,焊件的變形量增大,同時焊接速度過慢,還會使每層的厚度增大,導致熔渣倒流,形成夾渣等缺陷。

        (3)電弧電壓。焊接過程中合理的控制電弧長度,是保證焊縫品質(zhì)穩(wěn)定的重要因素。焊絲電弧焊電弧電壓,主要由電弧長度決定,電弧長度越大,電弧電壓越高,電弧長度越短,電弧電壓越小,電弧過長,對熔化金屬的表面壓力過大,不利于熔池的攪拌,使溶池中氣體及溶渣上浮受阻,從而引起氣孔、夾渣等缺陷的產(chǎn)生。

        (4)焊接層數(shù)選擇。單面焊雙面成形焊接層數(shù)的選擇,對焊縫品質(zhì)也有一定的影響,每層厚度過大,對焊縫金屬的塑性有不利的影響,且焊接過程中熔渣易倒流,產(chǎn)生夾渣和未熔合等缺陷,但每層厚度也不易過小,以免造成焊縫兩側熔合不良。

        (5)焊條類型及焊條直徑的影響。焊縫金屬的性能,主要由焊條和焊件金屬互相熔化來決定。因此焊條類型選擇恰當與否,焊條直徑的大小除了對生產(chǎn)效率有一定的影響外,對焊接品質(zhì)也有一定的影響。焊條直徑、焊接方式、施焊位置和焊接層數(shù),對于重要的結構還要考慮焊接熱輸入的要求,如表2。

        表2 焊件壁厚與焊絲直徑的關系

        在鋼管內(nèi)壁相同的情況下,平焊位置所選用的焊接直徑比其他位置大一些,立焊、橫焊和仰焊應選用較細的焊絲。

        3.3 操作因素

        焊前如果對工件上的油、銹、水分清理不嚴格,會導致后期焊接時焊縫產(chǎn)生大量的氣孔、砂眼及未焊透的品質(zhì)缺陷。

        在焊接過程中,焊工對焊接參數(shù)的選擇,如果未按照工藝要求進行操作,同樣會產(chǎn)生如圖2所示的缺陷類型,從而使焊接品質(zhì)達不到要求。

        4 提高單面焊雙面成型焊接品質(zhì)的措施

        4.1 設備選擇

        焊接電流電壓,作為管件焊接品質(zhì)重要的影響因素,其電源的穩(wěn)定性,就顯得相當重要。因此在選擇焊接電源時,應選擇帶有對電壓波動的具有自身調(diào)節(jié)及穩(wěn)定功能的設備,或者在電源前增加穩(wěn)壓器,以便提高對電流電壓穩(wěn)定性的控制。

        4.2 焊接操作

        (1)工藝參數(shù)選擇方向。

        其一,焊絲電弧焊的工藝參數(shù),通常包括焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電源種類和極性。工藝參數(shù)的選擇正確與否,直接影響焊縫形狀、尺寸、焊接品質(zhì)和生產(chǎn)率,因此選擇合適的焊接工藝參數(shù),是焊接生產(chǎn)中不可忽視的一個重要問題;

        其二,焊接電流應根據(jù)管件厚度、焊接位置、焊絲類型、焊絲直徑和焊接經(jīng)驗進行選擇,保證所選的電流,不易造成焊縫咬邊、燒穿、夾渣、未焊透等缺陷。焊接過程應盡量選擇使用短弧焊接,立焊比平焊更短些,以利于熔滴過度,防止熔化金屬下滴。焊速應合適,不應過慢,以避免高溫停留增長,影響焊縫的機械性,但焊速也不宜過快,以免造成未熔合、未焊透等缺陷。焊接速度直接影響生產(chǎn)率,所以應該在保證焊縫品質(zhì)的基礎上,采用較大的焊絲和焊接電流,同時根據(jù)具體情況適當加快焊接速度,以提高生產(chǎn)率,對于管路液壓件,采用焊后緩冷的措施,避免冷裂紋的產(chǎn)生。

        其三,焊接參數(shù)對熱影響區(qū)的大小和性能有很大影響,采用小的焊接參數(shù),如降低焊接電流,增大焊接速度等,都可以減小熱影響區(qū)的尺寸,采用小的焊接速度參數(shù),也可以防止過熱組織生成和精力細化。

        (2)焊工技術水平。

        其一,焊接生產(chǎn)中,焊工對單面焊雙面成型操作技術掌握的水平和技術經(jīng)驗,往往決定了焊縫的品質(zhì),因此加強焊工的操作技能訓練及管-管對接單面焊雙面成型的焊接參數(shù)的掌握,是保證質(zhì)量的關鍵。

        其二,焊接時,焊槍、焊絲和工件之間,必須保持正確的相對位置,焊直縫時通常采用左向焊法。焊絲與工件間的角度不宜過大,否則會擾亂電弧和氣流的穩(wěn)定。手工鎢極氬弧焊時,送絲可以采用斷續(xù)送進和連續(xù)送進兩種方法;要絕對防止焊絲與高溫的鎢極接觸,以免鎢極被污染、燒損,電弧穩(wěn)定性被損壞。斷續(xù)送絲時,要防止焊絲端部移出氣體保護區(qū)而氧化。環(huán)縫自動鎢極氬弧焊時,焊槍應逆旋轉(zhuǎn)方向偏離工件中心線一定距離,以便于送絲和保證焊縫的良好成形。

        (3)焊接參數(shù)設置。

        其一,Ib 一般為Ip的10%~20%,tb為tp的1~3倍。Ib 與tb的相互匹配,應保證電弧不滅及熔池在tb期間得以凝固。

        其二,RA、RW 值較大時,脈沖特點較顯著,有利于克服熱裂紋,但過大會增加咬邊傾向。焊接過程中通過調(diào)節(jié)RA、RW 和焊接速度,在一定程度上可控制熔透率,避免產(chǎn)生熱裂紋和咬邊。

        其三,焊接速度和脈沖頻率要相互匹配,以滿足焊點間距的要求。它們之間的關系如下:式中,

        l w=Vw/2.16 f

        lw為焊點間距,mm;

        Vw為焊接速度,cm/min;

        f為脈沖頻率,Hz。

        為了獲得連續(xù)致密的焊縫,要求焊點之間應有—定的相互重疊量(即lw 不能過大),如表3為Φ 34 mm×4 mm產(chǎn)品焊接參數(shù)相互關系。

        表3 焊接工藝參數(shù)表

        4.3 做好焊前準備

        焊前應對焊機進行試焊,確認焊機的引弧性能和穩(wěn)定性能好,工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)方便、靈活方可使用。管件應進行倒角形成坡口,鈍邊尺寸一般選在1~1.5 mm之間,坡口邊緣20 mm內(nèi)處用磨光機打磨,并將表面的鐵銹、油污等清除干凈,露出金屬光澤。

        5 結束語

        單面焊雙面成型焊接技術,在管-管對接電弧焊焊接領域,占有不可替代的作用,優(yōu)質(zhì)的單面焊雙面成型焊接品質(zhì),可以滿足設計要求,保證正常的產(chǎn)品壽命,而一旦出現(xiàn)嚴重的焊接缺陷,就會影響產(chǎn)品的使用壽命,甚至給安全帶來威脅,引起安全事故。

        為了防止這類缺陷的產(chǎn)生,對單面焊雙面成型技術進行更深一步探索,通過對造成這些缺陷的因素分析,逐步改善和提高單面焊雙面成型的焊接品質(zhì)。單面焊雙面成型的焊接品質(zhì),受設備、焊材工藝流程、操作水平的限制,通過對這些限制的深入研究,找出造成品質(zhì)差的原因,提出相應的防止措施,解決了單面焊雙面成型技術的缺陷,將原來易焊穿、未焊透、焊瘤過大、成型不均勻、收弧不銜接及多氣孔等品質(zhì)缺陷問題,得到了很好的控制,產(chǎn)品焊接品質(zhì)一次交檢合格率,大幅度提升,相應的解決措施,對單面焊雙面成型的作業(yè)起到了指導作用。

        [1]張應立.新編焊工實用手冊[K].北京:金盾出版社,2004.

        [2]陳淑惠.焊接方法與設備[M].北京:高等教育出版社,2009.

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        [4]鄒尚利,馮玉敏.單面焊雙面成型技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

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