文/李晶晶 溫寧

多層多道焊用于中厚板焊接變形控制研究

文/李晶晶 溫寧

采煤機(jī)電控箱體、掘進(jìn)機(jī)履帶架、電機(jī)箱體，液壓支架頂梁采用低合金高強(qiáng)鋼制作，鋼板厚度20～100mm。由于結(jié)構(gòu)件采用的鋼板厚度大，焊接坡口深、焊縫填充量大，造成結(jié)構(gòu)件焊接后產(chǎn)生較大的焊接變形，機(jī)械加工量大，制造成本高。

針對上述問題，三一重型裝備有限公司根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，進(jìn)行了多層多道焊工藝試驗(yàn)。大多數(shù)文獻(xiàn)及資料介紹多層多道焊方法對焊接接頭的沖擊韌性有很大提高，后一道焊縫對前一道焊縫有重結(jié)晶作用，細(xì)化晶粒。但很少有關(guān)于對焊接變形的研究。對此，三一重型裝備有限公司設(shè)計(jì)多層多道焊與多層單道焊變形比較試驗(yàn)。通過試驗(yàn)研究，制定了厚板結(jié)構(gòu)件的焊接層數(shù)，每層焊縫的道數(shù)，每道焊縫的順序及具體焊接工藝參數(shù)，總結(jié)了多層多道焊與多層單道焊之間焊接變形量差別，同時(shí)還將多層多道焊工藝應(yīng)用到采煤機(jī)電控箱、掘進(jìn)機(jī)履帶架、電機(jī)箱體、液壓支架頂梁焊接結(jié)構(gòu)中。

一、中厚板焊縫結(jié)構(gòu)分析

1．結(jié)構(gòu)形式對焊接變形的影響

接頭形式為U型坡口焊縫，焊縫上表面開口寬度60mm，深度100mm，從焊縫坡口的深度和寬度可以看到焊縫金屬的填充量相當(dāng)大，如果采用多層單道焊，在3米長的縱向焊縫完成以后產(chǎn)生的彎曲變形量達(dá)到15mm，而電控箱的上表面要求為平面，這樣需采用銑加工的方法完成，增加大量的銑削加工工時(shí)。另外，采用多層單道焊也使焊接質(zhì)量下降。所以，在中厚板焊接中，一般采用多層多道焊的方法。

2．試樣結(jié)構(gòu)形式的確定

（1）U型坡口多層多道焊和多層單道焊試件。試件的坡口形狀及尺寸如圖1所示。

圖1 試件

（2）U型坡口多層多道焊和多層單道焊試件制作。

下料：三種試樣均采用數(shù)控火焰切割機(jī)切割外形，其中，U型坡口采用銑床加工，其余坡口采用半自動(dòng)坡口切割機(jī)加工，修磨坡口表面至金屬光澤。

組對：為了保證U型坡口在焊接時(shí)剛性一致，需在試樣下方焊接兩個(gè)60X60的方鋼，焊腳長10mm。

焊接：檢查組對間隙，清理焊接區(qū)域雜質(zhì)，按照焊接工藝指導(dǎo)書規(guī)定的工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。

（3）T型接頭V型坡口多層多道焊和多層單道焊試件制作。

下料：三種試樣均采用數(shù)控火焰切割機(jī)切割外形，坡口采用半自動(dòng)坡口切割機(jī)加工，修磨坡口表面至金屬光澤。

組對：為了保證V型坡口在焊接時(shí)剛性一致，在試樣的立板與地板之間焊接兩個(gè)三角形筋板，焊腳長10mm。

焊接：檢查來料，清理焊接區(qū)域雜質(zhì)，按照焊接工藝指導(dǎo)書規(guī)定的工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。

第一層焊縫的工藝參數(shù)如表1所示。

表1

覆層焊縫的工藝參數(shù)同表1。

（4）T型接頭V型坡口多層多道焊和多層單道焊試樣（圖片略）。

二、焊接變形比較

1．T型接頭V型坡口多層多道焊和多層單道焊變形比較

（1）T型接頭V坡口多層單道焊變形測量示意圖如圖2所示。

圖2 T型接頭V坡口多層單道焊變形測量示意圖

（2）T型接頭V坡口多層多道焊變形測量示意圖如圖3所示。

圖3 T型接頭V坡口多層多道焊變形測量示意圖

（3）T型接頭V型坡口多層多道焊和多層單道焊變形比較。

（a）T型接頭V型坡口多層單道焊薄板的橫向彎曲變形為200mm-177mm=23mm

（b）T型接頭V型坡口多層多道焊薄板的橫向彎曲變形為199mm-179.5mm=19.5mm

T型接頭V型坡口多層多道焊和多層單道焊比較，焊接變形降低了18%。

計(jì)算如下：（23-19.5）/19.5X100%=18%

2.對接接頭U型坡口多層多道焊與多層單道焊變形比較

（1）對接接頭U型坡口多層單道焊和多層多道焊變形記錄如表2所示。

表2

（2）對接接頭U坡口多層單道焊與多層多道焊變形對比。

U坡口多層多道焊和多層單道焊比較，焊接變形降低了50%。

計(jì)算如下：（12-6）/12X100%=50%

三、焊接變形分析

1．從焊接變形試驗(yàn)的結(jié)果可知多層多道焊比多層單道焊變形小。

2．焊縫高度越大，多層多道焊比多層單道焊變形小的越多。

3．對接接頭U坡口與T型接頭V型坡口比較，多層多道焊與多層單道焊變形相差大。

4.角焊縫與T型接頭V型坡口焊縫變形規(guī)律相似，多層多道焊比多層單道焊變形小。

5．多層多道焊與多層單道焊變形相差多少與結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和剛性有關(guān)，與具體的焊接工藝參數(shù)有關(guān)。本試驗(yàn)的焊接變形量是依據(jù)本試驗(yàn)的具體結(jié)構(gòu)得出的結(jié)論，只能作為參考。因?yàn)橛绊懞附幼冃蔚囊蛩睾芏啵C合考慮。

四、結(jié)論

1.中厚板焊接時(shí)，采用多層多道焊可以減少結(jié)構(gòu)件的變形量，特別是可以減少結(jié)構(gòu)件的機(jī)械加工余量，降低結(jié)構(gòu)件的制造成本，提高結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)效率。

2.采用多層多道焊可以減少結(jié)構(gòu)件的變形量，并且提高結(jié)構(gòu)件的尺寸精度，提升結(jié)構(gòu)件的精細(xì)化制作水平。

3.多層多道焊通用工藝規(guī)范可以作為參考，為了提高生產(chǎn)效率，可適當(dāng)放寬層間溫度，但不得超過規(guī)范中規(guī)定的最高溫度。

4.在采煤機(jī)電控箱體、掘進(jìn)機(jī)履帶架、電機(jī)箱體，液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)中，應(yīng)推廣采用多層多道焊方法。

（作者單位：三一重型裝備有限公司）

（責(zé)任編輯：龐永厚）