李 鑫，昝竹青

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

在機(jī)械焊接行業(yè)中，兩個部件之間的焊縫部分會有焊接后需手工打磨圓滑并成一定大小圓角的要求，所以在焊接時會將焊縫焊接得足夠飽滿，留有手工打磨焊縫成圓角的余量。如焊縫焊接不夠飽滿，則需對焊縫進(jìn)行多次補(bǔ)焊及打磨，浪費大量人力、物力及時間，并且由于焊縫不夠飽滿，在打磨邊緣焊縫時可能對工件本體造成損傷[1]。

目前，對于焊接后的焊縫焊量檢查，主要通過樣板比對及配合焊接工作者的實際工作經(jīng)驗進(jìn)行，檢查結(jié)果不夠直觀、科學(xué)、準(zhǔn)確，不利于推廣。

1 焊角測量器結(jié)構(gòu)及原理簡介

如圖1所示，兩個普通工件之間的焊縫，按圖紙要求焊后需打磨成圓R大小形狀，以防止焊接應(yīng)力集中同時美觀焊縫。實際在焊接過程中，需要一層一層的進(jìn)行堆焊，焊后基本是呈現(xiàn)直角形狀的焊縫，用傳統(tǒng)的圓R樣板比對，需借助經(jīng)驗判斷，無法準(zhǔn)確測量出此焊縫是否飽滿。

圖1 普通圓R樣板檢查堆焊后焊縫示意圖

需要設(shè)計一個針對直角焊縫測量的焊角測量工具，有效檢測焊縫是否飽滿。圖2即為設(shè)計的可調(diào)節(jié)式焊角測量器結(jié)構(gòu)示意圖，由項1和項2兩個定位板、項3和項4兩個伸縮板及3組螺栓、螺母、墊片裝配而成。

圖2 可調(diào)節(jié)式焊角測量器結(jié)構(gòu)示意圖

在螺栓沒擰緊狀態(tài)下，定位板可旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)至合適角度并最終通過螺栓固定位置，兩個伸縮板通過在腰形孔中滑動，可調(diào)節(jié)至合適角度及長度后通過螺栓固定位置。

焊角測量器通過調(diào)節(jié)定位板、伸縮板位置，精確模擬出兩個工件及其焊角的相對位置關(guān)系，與需要焊縫打磨后形成圓R相同大小的圓形樣板進(jìn)行比對，判斷焊角是否飽滿。

2 焊角測量器的應(yīng)用

以對某水輪機(jī)混流式轉(zhuǎn)輪為例說明應(yīng)用本焊角測量器對焊縫進(jìn)行測量的過程：該轉(zhuǎn)輪葉片與下環(huán)兩個部件焊接后，要求焊縫需要打磨至R40形狀。在打磨前，需對堆焊后的焊縫是否足夠飽滿，留有打磨至R40圓角的堆焊余量進(jìn)行檢測。

如圖3所示，將項1、項2定位板的定位面與葉片、下環(huán)表面型線貼緊后，擰緊項5螺栓；伸縮板在項6螺栓未擰緊前，將焊角測量器向焊角側(cè)移動，通過項6螺栓在腰形孔中滑動，調(diào)節(jié)焊角測量器的使用角度及長度。當(dāng)兩個定位板尖點位置均接觸到焊縫邊緣，同時兩個定位板底邊緣分別與葉片和下環(huán)表面貼緊后，通過項6螺栓擰緊固定伸縮板。

圖3 焊角測量器使用示意圖

后將固定好的焊角測量器取下，放在與打磨焊縫圓角尺寸相同的半徑為R40圓形樣板上，如圖4所示。用項1定位板和項2定位板定位平面的2個外側(cè)尖點對齊圓形樣板的外圓，觀察定位平面與圓形樣板的位置關(guān)系。如出現(xiàn)圖4中所示情況，項1定位板和項2定位板覆蓋了對齊后的圓形樣板外圓，說明焊縫焊接的足夠飽滿，滿足后序打磨R40圓角需求。

圖4 焊縫飽滿狀態(tài)

如對齊后的圓形樣板外圓突出于項1定位板和項2定位板的定位平面，如圖5所示，說明焊縫焊接的焊量不夠。因為焊角測量器實際模擬了焊角與葉片、下環(huán)的相對位置關(guān)系，R40樣板代表焊縫最終需要磨成的形狀。當(dāng)測量器定位面不能包容圓形樣板輪廓，則說明此時的焊縫焊量不滿足打磨R40圓角尺寸的要求，應(yīng)立即對焊縫進(jìn)行補(bǔ)焊，如繼續(xù)打磨，則會對部件本體造成損傷。

圖5 焊縫不飽滿狀態(tài)

3 焊角測量器的驗證

在成功應(yīng)用于混流式轉(zhuǎn)輪葉片焊縫檢測后，為驗證此焊角測量器檢查焊縫是否飽滿的結(jié)果成功率，分別在豐滿電站水輪機(jī)、緊水灘電站水輪機(jī)、云峰電站水輪機(jī)、映秀灣電站水輪機(jī)、白山電站水輪機(jī)，共60個混流式轉(zhuǎn)輪葉片對其焊后的焊縫是否飽滿進(jìn)行檢測試驗，具體過程為：

(1) 以上5個機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉片焊后的焊縫，均需手工打磨成一定圓R形狀，以防止焊接應(yīng)力集中。

(2) 在60個葉片焊接完成后，按上述檢測方法使用焊角測量器對葉片焊后的焊縫進(jìn)行檢查，對于檢測出為不飽滿焊縫位置，在葉片對應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)記并記錄。

(3) 使用打磨工具對葉片焊縫進(jìn)行打磨，在打磨至圖紙要求的圓R大小時，使用R尺寸為1∶1的圓R樣板與焊縫進(jìn)行比對，如焊縫圓滑且焊縫與下環(huán)、葉片相接位置無明顯凹坑的光順過渡狀態(tài)，則可以判斷之前的焊縫為飽滿焊縫。

(4) 當(dāng)打磨后焊縫或焊縫邊緣(與葉片、下環(huán)相接處)出現(xiàn)明顯凹坑，則為問題焊縫，需要對凹坑位置進(jìn)行補(bǔ)焊并再次打磨光順[2]。造成上述現(xiàn)象分別有以下兩種原因?qū)е拢?/p>

第一，此焊縫為打磨之前測量器檢測標(biāo)記出來的不飽滿焊縫，打磨后自然會形成凹坑；

第二，手工打磨焊縫時未按規(guī)章要求操作，使之前檢測本為飽滿的焊縫出現(xiàn)凹坑狀態(tài)，成為問題焊縫。

(5) 對最終焊縫不飽滿需要補(bǔ)焊的位置進(jìn)行標(biāo)記，并與之前焊角測量器的檢查記錄進(jìn)行對比分析，列出此焊角測量器檢測數(shù)據(jù)表，并得出結(jié)果如下：

① 在焊接后檢測為不飽滿的焊縫，98%檢測準(zhǔn)確，打磨后焊縫或其邊緣基本均出現(xiàn)大小程度不等的凹坑現(xiàn)象，需要后續(xù)大量補(bǔ)焊打磨處理，只有2%的焊縫符合要求無需補(bǔ)焊。

② 在焊接后檢測為飽滿的焊縫，81%檢測準(zhǔn)確打磨后無需補(bǔ)焊，19%的焊縫是由于手工打磨誤操作存在凹坑，但此種凹坑深度一般較小，后序補(bǔ)焊量也相應(yīng)減少，或通過1∶50比例順磨即可去除凹坑，修復(fù)造成的工時、材料成本相對不飽滿焊縫較少。

(6) 根據(jù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以看出，焊角測量器檢測焊縫不飽滿的結(jié)果非常準(zhǔn)確，可以進(jìn)行推廣使用，節(jié)約后序大量的工時、材料修復(fù)成本。樣板數(shù)據(jù)如圖6。

圖6 五個水電項目使用焊角測量器檢測數(shù)據(jù)

檢測焊縫飽滿結(jié)果之所以略低， 是手工打磨誤操作導(dǎo)致，因為屬于人為因素，無法完全避免。但通過對操作者實際打磨過程跟蹤、分析，總結(jié)出如下改進(jìn)措施及建議，可極大程度避免誤操作的出現(xiàn)，從而可進(jìn)一步提高焊角測量器飽滿焊縫驗證率：

① 在轉(zhuǎn)輪制造生產(chǎn)安排中，應(yīng)對轉(zhuǎn)輪打磨焊縫工序留有較長生產(chǎn)周期，使操作者有充足時間可以細(xì)致的打磨焊縫，避免因工期過緊過量打磨焊縫使之成為問題焊縫。

② 不能因為追求效率，打磨工具選用尺寸大于圓R的砂輪片進(jìn)行打磨焊縫，因極易將焊縫打磨過量；應(yīng)選用小于圓R尺寸的砂輪片進(jìn)行打磨。

③ 打磨過程中，應(yīng)及時使用圓R樣板比對焊縫余量狀態(tài)，根據(jù)余量大小及時調(diào)整打磨頻率、磨量、砂輪片尺寸，可有效避免焊縫過量打磨情況的出現(xiàn)。

4 結(jié)語

焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于各生產(chǎn)領(lǐng)域，焊接的質(zhì)量及后序清理打磨要求逐漸提高，本焊角測量器的成功設(shè)計應(yīng)用，因其可調(diào)節(jié)性，可適用于檢查判別多種工件焊接中。有打磨要求的焊角焊量是否飽滿，直觀準(zhǔn)確，操作便捷，有較大的應(yīng)用及推廣空間。