賈曉丹，彭利國，朱元偉

（1.武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，武漢 430060；2.上海通用汽車武漢分公司，武漢 430074）

典型結(jié)構(gòu)的螺母焊接工藝研究

賈曉丹1，彭利國1，朱元偉2

（1.武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，武漢 430060；2.上海通用汽車武漢分公司，武漢 430074）

為得出不銹鋼螺母的合理焊接工藝，本文選取了兩種不同規(guī)格的焊條，開展了典型船體鋼骨架結(jié)構(gòu)的螺母焊接試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：無論是采用哪種規(guī)格的焊條進(jìn)行焊接，從宏觀焊縫質(zhì)量來看，絕大部分螺母四周的角焊縫成型良好；從焊接變形情況來看，整體上船體鋼骨架結(jié)構(gòu)的面板焊接變形不大；采用直徑Φ2.5焊條焊接的焊縫質(zhì)量優(yōu)于直徑Φ3.2焊條焊接的焊縫質(zhì)量。

不銹鋼螺母；焊接工藝；焊縫質(zhì)量

0 引言

在由復(fù)合材料殼板和鋼骨架組成的船體結(jié)構(gòu)建造過程中，為了便于后期復(fù)合材料殼板的順利安裝和拆卸方便，常常將螺母事先焊接到鋼骨架上，再將復(fù)合材料殼板安裝在鋼骨架上。雖然不銹鋼螺母具有良好的焊接性，既可采用手工電弧焊，也可采用氬弧焊、埋弧焊、氣焊等方法進(jìn)行焊接，但是如果工藝處理不當(dāng)，還是會(huì)產(chǎn)生很多問題和隱患，例如晶間腐蝕、熱裂紋、應(yīng)力腐蝕開裂等[1-3]。由于不銹鋼電阻值較大，使用手工電弧焊進(jìn)行焊接時(shí)，靠近夾持端的一段焊條容易受電阻熱的作用而發(fā)紅開裂，因此焊接電流不易過大[4-6]。另外，從保證焊接接頭的耐腐蝕性考慮，也要求選用較小的焊接電流，減小焊接熱輸入量[7]。

本文選擇典型船體鋼骨架結(jié)構(gòu)為試驗(yàn)對(duì)象，在典型區(qū)域的面板上進(jìn)行螺母焊接試驗(yàn)，得出不銹鋼螺母的合理焊接工藝，為解決實(shí)際工程應(yīng)用中的螺母焊接問題提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

本文選取的不銹鋼螺母型號(hào)為M20，材料為1Cr18Ni9Ti。圖1為選取的典型船體鋼骨架結(jié)構(gòu)，該鋼骨架由縱橫交錯(cuò)的工字梁組成，其工字梁上面板寬度為110mm，中間腹板厚度為8mm。從圖1中選取典型的區(qū)域1和區(qū)域2為螺母待焊接試驗(yàn)區(qū)域。

圖1 典型船體鋼骨架結(jié)構(gòu)

1.2 試驗(yàn)參數(shù)

本試驗(yàn)分別選取直徑為Φ2.5和Φ3.2的CW395焊條進(jìn)行焊接試驗(yàn)，其中區(qū)域1采用直徑為 Φ3.2的焊條進(jìn)行焊接，區(qū)域2采用直徑為Φ2.5的焊條進(jìn)行焊接。試驗(yàn)前，將上述兩種規(guī)格的焊條均放在溫度380℃的烘焙箱里烘焙1小時(shí)。試驗(yàn)過程中選取的焊接工藝參數(shù)，如表1所示。螺母四周角焊縫的焊腳高度為3mm。為防止焊接變形，焊接螺母時(shí)，相鄰螺母之間采用跳焊方式進(jìn)行，即焊接完第一個(gè)螺母后，直接跳到第3個(gè)螺母進(jìn)行焊接，而第二個(gè)螺母等間隔一段時(shí)間后再焊。

表1 焊接工藝參數(shù)

1.3 試驗(yàn)步驟

首先，使用鏜床在船體鋼骨架結(jié)構(gòu)的上面板鉆Φ21的通孔，相鄰孔距為180mm，其區(qū)域1的上面板共86個(gè)螺孔，區(qū)域2的上面板共87個(gè)螺孔；然后，采用工裝（螺柱和螺母）將螺母在面板上定位，防止螺母和螺孔錯(cuò)位；最后，按表1中焊接工藝參數(shù)，采用手工電弧焊焊接螺母四周的角焊縫，焊好后拆除工裝。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

首先，選取圖1中區(qū)域1進(jìn)行螺母焊接試驗(yàn)。事先采用圖2所示的工裝螺柱將螺母鎖定在鋼骨架結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)螺孔位置，再采用仰焊方式進(jìn)行焊接。

圖2 螺母定位

從焊縫大小來看，由于鋼骨架結(jié)構(gòu)的上面板較窄，再加上螺母自身阻礙，使得靠近腹板區(qū)域的面板和螺母之間的角焊縫無法進(jìn)行施焊，即每個(gè)螺母和面板之間的四周角焊縫約有1/4區(qū)域未能施焊。

圖3 焊縫成型良好

圖4 焊縫成型不良

從宏觀焊縫質(zhì)量來看，絕大多數(shù)螺母四周的角焊縫成型良好，焊縫美觀，四周無飛濺產(chǎn)生，符合焊接質(zhì)量要求，如圖3所示。但因該焊接區(qū)域空間狹小，采用仰焊方式焊接施工難度較大，有少部分螺母四周的角焊縫成型不良，個(gè)別區(qū)域焊腳過大，或者螺母表面有少許焊瘤產(chǎn)生，如圖4所示。另外，也有少數(shù)螺孔附近的面板顏色變深，有略微發(fā)紅現(xiàn)象，如圖5所示，這是由于面板較薄，焊接過熱氧化引起的。從焊接變形情況來看，整體鋼骨架結(jié)構(gòu)的上面板焊接變形情況很小，如圖6所示。對(duì)于角焊縫成型較好的地方來說，螺孔附近區(qū)域的面板基本上沒有焊接變形，螺母本身也沒有發(fā)生焊接變形。在施焊過程中，如果角焊縫成型較差，尤其是焊腳過大，則面板可能會(huì)發(fā)生略微的焊接收縮變形。而當(dāng)焊瘤過大時(shí)，螺母和工裝螺柱均會(huì)發(fā)生略微的焊接收縮變形，將工裝螺柱擰出時(shí)，可能使工裝螺柱發(fā)生明顯的焊接收縮和彎曲變形，因此，在施焊過程中，應(yīng)避免產(chǎn)生焊腳和焊瘤過大等不良現(xiàn)象。

圖5 面板發(fā)紅

圖6 面板變形情況

另外，焊接完畢后，將工裝螺柱從螺母中擰出時(shí)，發(fā)現(xiàn)有17個(gè)（占百分比20%）工裝螺柱無法利用外力擰出。通過認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn)，這是由于焊接過程中熔滴滲入螺母、工裝螺柱和面板三者之間的縫隙，使得工裝螺柱與螺母，或者工裝螺柱與面板連接在一起造成的。

接著，選取圖1中區(qū)域2進(jìn)行了螺母焊接試驗(yàn)。為了避免焊接過程中將螺母與工裝螺柱，或者工裝螺柱與面板連接在一起，事先改進(jìn)了螺母固定方式，采用圖7所示的工裝方式進(jìn)行固定。同時(shí)，為了保證焊接質(zhì)量和控制焊接變形大小，焊接過程中嚴(yán)格控制了焊接電流大小，并嚴(yán)格采用跳焊的方式進(jìn)行焊接。

圖7 改進(jìn)固定方式

從焊縫大小來看，靠近腹板區(qū)域的螺母和面板之間的角焊縫仍無法進(jìn)行施焊，即每個(gè)螺母和面板之間的四周角焊縫約有1/4區(qū)域未能施焊。從宏觀焊縫質(zhì)量來看，絕大部分螺母四周的角焊縫成型良好，符合焊接質(zhì)量要求，也有極少部分螺母表面有很多焊瘤產(chǎn)生，或者個(gè)別區(qū)域角焊縫的焊腳過大，但總體上來說，采用直徑為Φ2.5的焊條進(jìn)行焊接，其宏觀焊縫質(zhì)量明顯優(yōu)于采用直徑為Φ3.2的焊條焊接的宏觀焊縫質(zhì)量。從焊接變形情況來看，面板和螺母均沒有明顯的焊接變形，該結(jié)果明顯優(yōu)于區(qū)域1中焊接變形結(jié)果。焊接完畢后，工裝螺柱從螺母中也易擰出。

3 結(jié)論

本文開展了典型船體鋼骨架結(jié)構(gòu)的螺母焊接試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中選取了兩種不同規(guī)格的焊條進(jìn)行焊接，通過對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)果的分析，得出結(jié)論如下：

1）無論是采用哪種規(guī)格的焊條進(jìn)行焊接，從宏觀焊縫質(zhì)量來看，大部分螺母四周的角焊縫成型良好；從焊接變形情況來看，整體上船體鋼骨架結(jié)構(gòu)的面板焊接變形不大；

2）無論是從宏觀焊縫質(zhì)量還是從焊接變形情況進(jìn)行觀察，采用直徑Φ2.5的焊條進(jìn)行焊接，其焊縫質(zhì)量均優(yōu)于采用直徑Φ3.2焊條焊接的焊縫質(zhì)量。

3）通過改進(jìn)螺母固定方式，避免了焊接過程中將工裝螺柱與螺母，或者工裝螺柱與面板連接在一起的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

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[7]吳普.不銹鋼的焊接性能與工藝措施[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2005(5):108-109.

Study on Welding Process of Nut for Typical Structure

Jia Xiao-dan1,Peng Li-guo1,Zhu Yuan-wei2

(1.Wuchang Shipbuilding Industry Group Co.,Ltd.,Wuhan 430060,China; 2.Shanghai General Motors Wuhan Branch,Wuhan 430074,China)

In order to get the reasonable welding process of stainless steel nut,two kinds of welding rods are chosen in the paper,and the welding experiment of nut are done on the typical hull steel frame structure.The results of the experiment shows that no matter what kinds of welding rod are used,most of the nuts’fillet weld is good based on the macroscopically weld quality.For the welding deformation,the welding deformation of panel for hull steel frame structure is little on the whole.The weld quality by welding rod of Φ2.5 is better than the quality by welding rod of Φ3.2.

stainless steel nut; welding process; weld quality

U671.83

A

10.14141/j.31-1981.2015.06.005

裝備預(yù)研支撐技術(shù)項(xiàng)目。

賈曉丹（1982-），女，碩士研究生，工程師，研究方向：船體結(jié)構(gòu)焊接。