張彩霞

摘要：采用異種鋼進(jìn)行中部槽雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)了半機(jī)械化和自動(dòng)化兩種焊接方式，采用不同的對(duì)接間隙和鈍邊，并分析了焊接接頭的宏觀金相、微觀組織形貌和力學(xué)性能。結(jié)果表明，對(duì)接間隙為2～3 mm、鈍邊為0～2 mm，是半自動(dòng)化和自動(dòng)化MAG雙面雙弧打底焊工藝實(shí)施的最佳參數(shù)，可以獲得優(yōu)良的焊接接頭。

關(guān)鍵詞：中部槽;雙面雙弧焊;打底焊;半機(jī)械化;自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TG444+.72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1001-2303（2020）04-0127-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.04.23

0 前言

雙面雙弧焊是指在工件的兩面同時(shí)施焊的焊接工藝。打底焊是焊接制造的關(guān)鍵，自動(dòng)化打底焊更是難點(diǎn)之一。目前，礦用中部槽打底焊技術(shù)主要采用的有正面打底、反面清根的方式，單面焊雙面成型方式[1-3]，TIG雙面雙弧焊方式，氣渣聯(lián)合保護(hù)方式[4]。清根方式主要有自動(dòng)或半自動(dòng)的碳弧氣刨、砂輪打磨等，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。單面焊雙面成型技術(shù)依賴于母材對(duì)接間隙的標(biāo)準(zhǔn)化程度，適應(yīng)性差;雙面雙弧焊是目前最適合進(jìn)行自動(dòng)化的打底焊方式，但是大部分局限于手工TIG焊，手工TIG焊生產(chǎn)效率低，不適合用于厚板的自動(dòng)化焊接。自動(dòng)化、智能化是現(xiàn)代生產(chǎn)制造的趨勢(shì)與發(fā)展方向，厚板的自動(dòng)化打底焊接成為需要迫切解決的問(wèn)題之一。

1 工藝試驗(yàn)

工藝試驗(yàn)的主要目的是評(píng)定中部槽雙面雙弧MAG打底焊工藝的可行性，同時(shí)確定合理的工藝。

1.1 試件的規(guī)格及接頭形式

試驗(yàn)接頭采用對(duì)接接頭，如圖1所示，由中板和槽幫對(duì)接而成。中板規(guī)格350 mm×150 mm×40 mm，開(kāi)K形坡口，坡口角度為40°，采用機(jī)械加工，有效地避免了切割坡口的表面碳化現(xiàn)象;槽幫為鑄件，采用機(jī)械加工，規(guī)格350 mm×150 mm×40 mm。雙面雙弧焊接位置示意如圖2所示。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)?zāi)覆闹邪逵貌牧螲ARDOX450，屬于超高強(qiáng)耐磨鋼[5]，由瑞典SSAB鋼鐵公司研究開(kāi)發(fā)，適應(yīng)于制造鏟斗、裝載機(jī)、破碎機(jī)等，該鋼板能夠承受各種巖石、沙子、矸石的磨損。其化學(xué)成分如表1所示，機(jī)械性能如表2所示。

試驗(yàn)?zāi)覆牟蹘陀貌牧蟌G30MnSiMo屬中碳低合金鑄鋼，其化學(xué)成分如表3所示，機(jī)械性能及熱處理狀態(tài)如表4所示。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在半機(jī)械化和自動(dòng)化兩種方式下分別設(shè)計(jì)不同間隙、不同鈍邊，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表5所示。

1.4 半機(jī)械化雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)過(guò)程。

半機(jī)械化雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗(yàn)中，采用φ1.2 ER69-1焊絲，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%保護(hù)氣體，前弧和后弧間距30 mm，試驗(yàn)參數(shù)如表6所示。

（2）外觀檢驗(yàn)。

經(jīng)目測(cè)檢驗(yàn)，半機(jī)械化雙面雙弧MAG打底焊道對(duì)接間隙在0～3 mm時(shí)，焊道表面成形良好;對(duì)接間隙為4 mm時(shí)，焊道稍有下淌現(xiàn)象;當(dāng)間隙放大到5 mm時(shí)，焊道不能成形，無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙面雙弧焊接。

（3）性能檢驗(yàn)。

焊接后取樣，分別進(jìn)行抗拉強(qiáng)度與沖擊試驗(yàn)，各間隙下打底焊道機(jī)械性能如表7所示。

對(duì)接間隙為0時(shí)，打底焊道抗拉強(qiáng)度及沖擊吸收功都較低，不滿足使用要求;對(duì)接間隙在2～4 mm時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)性能要求。

（4）金相檢驗(yàn)。

焊后對(duì)各試件的焊接接頭進(jìn)行了宏觀金相及對(duì)應(yīng)的低倍金相檢驗(yàn)，半機(jī)械化試驗(yàn)接頭宏觀及低倍金相如圖3所示，主要檢驗(yàn)打底焊道處是否良好熔合。

由圖3可知，試驗(yàn)件JX0-0#及JX0-2#均未焊透，存在夾雜;JX2-2.5#打底處槽幫側(cè)未焊透;JX3-0#熔合良好，存在輕微氣孔;JX3-2#打底熔合良好，無(wú)缺陷;JX3-3#及JX4-3#打底處高強(qiáng)耐磨板側(cè)均出現(xiàn)未熔合。結(jié)果表明，間隙為2～3 mm，鈍邊為0～2 mm時(shí)，坡口設(shè)計(jì)最為合適，是雙面雙弧MAG打底焊的最佳條件。

2.5 自動(dòng)化雙面雙弧打底焊試驗(yàn)

目前，機(jī)器人雙面雙弧焊試驗(yàn)使用較多的是TIG雙弧焊[6]，本研究進(jìn)行了自動(dòng)化雙面雙弧自動(dòng)MAG焊試驗(yàn)。

（1）試驗(yàn)過(guò)程。

在半機(jī)械化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用機(jī)器人桶裝φ1.2 GM-100C焊絲，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%保護(hù)氣體進(jìn)行自動(dòng)MAG雙面雙弧焊接試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)如表8所示。

（2）外觀檢驗(yàn)。

經(jīng)目測(cè)檢驗(yàn)，自動(dòng)化雙面雙弧弧打底焊道對(duì)接間隙為0～3 mm時(shí)，焊道表面成形良好;對(duì)接間隙為4 mm時(shí)，焊道稍有下淌現(xiàn)象。

（3）性能檢驗(yàn)。

焊接后取樣，分別進(jìn)行抗拉強(qiáng)度與沖擊試驗(yàn)，打底焊道機(jī)械性能如表9所示。

（4）金相檢驗(yàn)。

焊后對(duì)各試件的焊接接頭進(jìn)行宏觀金相及對(duì)應(yīng)的低倍金相檢驗(yàn)，金相組織如圖4所示，主要檢驗(yàn)打底焊道處是否熔合優(yōu)良。

通過(guò)試驗(yàn)及檢驗(yàn)證明，ZD1-1#打底未焊透;ZD2-1#打底焊道熔合良好，組織均勻;ZD3-1#打底焊道熔合良好，組織均勻;ZD4-2#打底焊道熔合良好，組織均勻。結(jié)果顯示，間隙為2～4 mm、鈍邊1～2 mm時(shí)，坡口設(shè)計(jì)最為合適，是自動(dòng)化對(duì)弧打底焊的最佳條件。

3 應(yīng)用效果

本研究中半機(jī)械化雙面雙弧打底焊工藝技術(shù)在生產(chǎn)中得到了快速有效的應(yīng)用，提高了打底焊接生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了焊接質(zhì)量。自動(dòng)化雙面雙弧焊接工藝為將來(lái)的自動(dòng)化焊接、智能化焊接提供了工藝技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

（1）當(dāng)接頭對(duì)接間隙小于等于1 mm時(shí)，半機(jī)械化及自動(dòng)MAG雙面雙弧焊工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)，打底焊道存在未焊透缺陷。

（2）當(dāng)對(duì)接間隙為2～3 mm，鈍邊為0～2 mm時(shí)，是半機(jī)械化和自動(dòng)化雙面雙弧焊工藝實(shí)施的最佳條件，打底焊道熔合優(yōu)良、組織均勻，機(jī)械性能符合接頭設(shè)計(jì)要求。

（3）當(dāng)間隙為4 mm、鈍邊為2 mm，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化MAG雙面雙弧打底焊技術(shù)。

（4）當(dāng)間隙大于等于5 mm時(shí)，半機(jī)械化和自動(dòng)化MAG雙面雙弧焊工藝均無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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