胡樹萌

【摘 要】工程機械零部件機械手焊接完成后，焊縫前端起弧處容易產(chǎn)生冷滾、焊瘤等焊接缺陷，導(dǎo)致焊縫前端起弧處外觀較差且容易引起焊接應(yīng)力集中造成焊縫失效的風(fēng)險，使用TIG重熔修復(fù)技術(shù)對焊縫前端的起弧缺陷進行重熔修復(fù)可消除上述缺陷的同時使焊縫前端平滑過渡，減少應(yīng)力集中的產(chǎn)生，降低疲勞失效的風(fēng)險，提高焊縫使用壽命。

【關(guān)鍵詞】重熔修復(fù);應(yīng)力集中;消除缺陷;降低疲勞失效

【中圖分類號】TG44 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0079-02

1 概述

焊接作為一種重要的先進制造技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟建設(shè)中起著非常重要的作用。經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，目前焊接已在許多工業(yè)部門的金屬結(jié)構(gòu)（如建筑鋼結(jié)構(gòu)、船體、鐵道車輛、壓力容器等）制造中取代了鉚接。此外，在機械制造業(yè)中，以往由整鑄整鍛方法生產(chǎn)的大型毛坯改為焊接結(jié)構(gòu)，占世界主要工業(yè)國家鋼產(chǎn)量的50%～60%[1]。

與鉚接、螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)相比較，或者與鑄造和鍛造的結(jié)構(gòu)相比，焊接結(jié)構(gòu)具有下列優(yōu)點：焊接接頭強度高;焊接接頭密封性好;焊前準備工作簡單;易于結(jié)構(gòu)的變更和改型。因此，焊接方法已成為使用最為廣泛的工藝方法，在工程機械行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)中，焊接是最主要也是最重要的連接形式，然而工程機械產(chǎn)品在使用的過程中也經(jīng)常發(fā)生失效事故，據(jù)統(tǒng)計，其中90%是由于疲勞失效導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象。

在工程機械產(chǎn)品中，疲勞失效被公認為一種主要的失效形式，產(chǎn)品在使用過程中因焊縫不斷地承受交變載荷，容易導(dǎo)致焊縫起弧處產(chǎn)生疲勞裂紋，然后在使用過程中疲勞裂紋不斷地擴展，導(dǎo)致焊縫開裂，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

焊縫前端起弧處容易產(chǎn)生疲勞裂紋的主要原因是焊接缺陷。眾所周知，焊縫起弧處容易產(chǎn)生冷滾、焊瘤等焊接缺陷，該類缺陷如果不徹底清除掉，會導(dǎo)致產(chǎn)品在后續(xù)使用過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，應(yīng)力集中就會導(dǎo)致疲勞失效。

徐州巴特工程機械股份有限公司針對焊縫前端起弧處的冷滾、焊瘤等焊接缺陷采取的措施是使用磨光機進行打磨處理，以此來消除焊縫前端的焊接缺陷，使焊縫前端起弧處平滑過渡，減少焊接應(yīng)力的產(chǎn)生。但是在長時間的使用過程中我們發(fā)現(xiàn)，該處理方式會存在如下不足：焊縫打磨外觀較差;打磨容易傷及母材;打磨區(qū)域空間較小時，打磨不易進行操作;打磨返修時間較長，打磨效率較低等。

為了解決上述問題，經(jīng)過反復(fù)的實驗驗證，我們開發(fā)了一種新的處理工藝，即TIG重熔修復(fù)工藝。該工藝的使用原理主要是使用氬弧焊機利用鎢極前端產(chǎn)生的氬弧熱源將焊縫前端起弧缺陷重新進行熔化，清除焊縫起弧處存在的冷滾、焊瘤等焊接缺陷，并形成平滑過渡的重熔區(qū)，減少應(yīng)力集中的現(xiàn)象，使焊縫前端起弧處的焊縫性能得到較大的改善。這種TIG重熔修復(fù)方式相較于之前的打磨修復(fù)，不僅修復(fù)后的焊縫外觀有了較大的提升，而且還能大大降低操作工的勞動強度，同時提升修復(fù)效率、降低修復(fù)成本。因此，綜合上述試驗驗證得出的優(yōu)點，徐州巴特工程機械股份有限公司已經(jīng)著力推動TIG重熔修復(fù)技術(shù)在工程機械零部件焊縫起弧缺陷的修復(fù)應(yīng)用。

2 工藝驗證

使用TIG重熔修復(fù)技術(shù)對焊接缺陷進行重熔修復(fù)時，需要平穩(wěn)放置零部件，并調(diào)整到合適的操作角度，因為只有調(diào)整到合適的角度才便于消除起弧處缺陷并重熔出平滑過渡的焊縫起弧外觀，同時按照工藝要求的重熔順序進行起弧缺陷的重熔修復(fù)工作。工藝參數(shù)的編制方面必須根據(jù)產(chǎn)品的自身特性使用合適的氬弧焊機，并經(jīng)過反復(fù)的驗證試驗后，最終選擇相匹配的氣體配比、鎢極直徑、焊接電流等工藝參數(shù)。

徐州巴特工程機械股份有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品主要是工程機械的零部件產(chǎn)品，它的主要材質(zhì)是碳鋼和鑄鋼件，產(chǎn)品的焊縫形式主要是多層多道焊接的大焊縫，對于這一類工程機械零部件進行重熔修復(fù)工藝驗證時，我們使用“林肯”V270-T氬弧焊機在產(chǎn)品上進行反復(fù)的工藝驗證試驗，最終制定出相對合理的重熔修復(fù)工藝參數(shù)，本次工藝按照表1列舉的工藝參數(shù)進行重熔修復(fù)處理。

2.1 外觀質(zhì)量

從現(xiàn)場產(chǎn)品中選擇焊縫前端起弧不良的焊縫，通過圖1可以明顯地看出該焊縫多層多道焊接時，每一層焊縫前端起弧處均出現(xiàn)冷滾現(xiàn)象，導(dǎo)致焊縫前端整體不平滑過渡。該缺陷如不進行修復(fù)處理，后續(xù)在使用過程中極易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，最終導(dǎo)致焊縫疲勞失效。

使用TIG重熔修復(fù)技術(shù)對焊縫前端起弧缺陷進行重熔修復(fù)，從TIG重熔修復(fù)前后的對比效果看，修復(fù)完成后冷滾缺陷被完全消除，錯層焊縫起弧區(qū)域平滑，焊縫與焊縫之間、焊縫與母材之間均變?yōu)槠交^渡，TIG重熔修復(fù)完成后的該種結(jié)構(gòu)形式可有效地分散焊接應(yīng)力及應(yīng)力集中現(xiàn)象，后續(xù)產(chǎn)品在投入市場使用過程中會大大降低應(yīng)力集中現(xiàn)象，焊縫的抗疲勞性能大大提高，產(chǎn)品的使用壽命得以延長。重熔修復(fù)前后的對比如圖1所示。

3 結(jié)語

焊縫前端起弧缺陷TIG重熔修復(fù)代替打磨處理，會使焊縫缺陷修復(fù)工時至少降低一半，耗材成本降低約80%，同時大大降低操作人員的勞動強度，可有效節(jié)約人力、時間及物料成本，綜合效益更高。目前，已在徐州巴特工程機械股份有限公司工程機械產(chǎn)品生產(chǎn)中進行大范圍的推廣應(yīng)用。

經(jīng)過前期反復(fù)的工藝驗證及產(chǎn)品的推廣使用，TIG重熔修復(fù)技術(shù)可有效地去除焊縫前端起弧處的冷滾及焊瘤等焊接缺陷，具有缺陷修復(fù)時間短、效率高，不會傷及母材，便于操作且修復(fù)外觀較好的優(yōu)點。經(jīng)TIG重熔修復(fù)后，焊縫組織晶粒細化，可有效提高焊縫的疲勞強度和延長產(chǎn)品的使用壽命等，適合在工程機械行業(yè)進行大范圍的推廣使用。

參 考 文 獻

[1]哈爾濱工業(yè)大學(xué)，方洪淵.焊接結(jié)構(gòu)學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]侯濤.焊趾TIG重熔層激冷處理對殘余應(yīng)力分布影響的研究[D].大連：大連交通大學(xué)，2008.

[3]趙靜彬，曲金光，盧靜.TIG重熔工藝對焊縫區(qū)殘余應(yīng)力的影響[J].焊接技術(shù)，2003（6）.