武樹成，李柏松，魏守盼，王國(guó)友，賈華東

徐州徐工礦業(yè)機(jī)械有限公司 江蘇徐州 221000

1 序言

目前，徐州徐工礦業(yè)機(jī)械有限公司在大型焊接結(jié)構(gòu)件的復(fù)合焊縫接頭（填充角焊縫）設(shè)計(jì)時(shí)多采用等邊角焊縫，焊接量極大，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，這是制約礦用貨車生產(chǎn)進(jìn)度的主要瓶頸因素。因此，為提高生產(chǎn)效率，如何減少焊接填充量成為重點(diǎn)攻克的研究方向。通過試驗(yàn)研究非等邊角焊縫對(duì)力學(xué)性能的影響[1，2]，既為設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，又為焊接生產(chǎn)效率提升奠定了基礎(chǔ)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值及參考意義。

2 試驗(yàn)方案

1）保持焊前試驗(yàn)接頭形式相同，改變角焊縫填充為非等邊形式，參照美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)焊接標(biāo)準(zhǔn)選擇下焊腳為上焊腳的1/3，分別采用等邊焊縫填充形式（AB面）和非等邊焊縫填充形式（CD面）進(jìn)行試驗(yàn)，如圖1所示?？紤]到試件拉伸試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力的均衡性，故試件采用雙面坡口[3]。

2）考慮到本次試驗(yàn)中母材、焊材匹配以及接頭應(yīng)力集中點(diǎn)，推斷斷口應(yīng)在圖1中A、B、C、D處，如果斷在D處則說明此兩種填充形式差別較大，實(shí)際生產(chǎn)中不可按非等邊形式填充；如果斷在A或C處，則說明非等邊焊縫對(duì)焊接接頭強(qiáng)度無影響。

3）選用40mm、20mm兩種板厚進(jìn)行試驗(yàn)，分別為試件1和試件2各1件，每種試件制取23個(gè)拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，以降低偶然因素對(duì)結(jié)果的影響。

圖1 試驗(yàn)方案

4）通過試驗(yàn)考察兩種板厚焊接接頭的最大破斷力、斷裂位置和焊接缺陷出現(xiàn)的概率等；對(duì)比兩種不同焊縫結(jié)構(gòu)形式下的焊絲消耗量和生產(chǎn)效率的差異[4]。

3 試驗(yàn)過程實(shí)施

1）制定具體試驗(yàn)方案。試件制作→試件加工→拉伸試驗(yàn)→試驗(yàn)結(jié)果輸出，試件加工及拉伸試樣分別如圖2、圖3所示；試驗(yàn)選用的焊絲、母材性能見表1。

2）根據(jù)試驗(yàn)方案及表1母材的要求進(jìn)行試件1和試件2的下料、加工制作、焊接。焊接試件所采用的焊接參數(shù)見表2，焊絲消耗量及焊接時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表3。

圖2 試件加工

圖3 拉伸試樣

表1 試驗(yàn)焊絲及母材

表2 MAG焊接參數(shù)要求

表3 焊絲消耗量及焊接時(shí)間統(tǒng)計(jì)

3）先將焊接完成的試件按照試驗(yàn)方案的要求進(jìn)行取樣加工，然后將加工好的拉伸試樣委托給有檢測(cè)資質(zhì)的第三方進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。拉伸試樣斷裂位置如圖4~圖7所示，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

圖4 試樣1斷裂位置及破斷力值（kN）

圖5 試樣1斷裂位置及破斷力值（kN）

圖6 試樣2斷裂位置及破斷力值（kN）

圖7 試樣2斷裂位置及破斷力值（kN）

表4 試驗(yàn)結(jié)果

圖8 斷裂位置

4 試驗(yàn)結(jié)論

1）從試樣被拉斷的斷口可看出，斷裂的起始點(diǎn)均在A或C處，說明采用非等邊焊縫焊接時(shí)，D處并不是焊縫的最薄弱點(diǎn)（見圖8）。

2）根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論分析，所有從焊縫部位斷裂的試樣，其斷裂位置均應(yīng)在非等邊焊縫處（即CD面焊縫截面較小處），但從拉伸試驗(yàn)結(jié)果來看，仍有1/3的焊縫從AB面等邊焊縫處斷裂，這就說明在實(shí)際焊接過程中盲目加大焊接填充量并不能完全杜絕焊縫從填充量大的部位開裂。另外，從統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果來看，經(jīng)卡方檢驗(yàn)，P值為0.082，大于0.05，說明兩種焊縫的設(shè)計(jì)形式與焊縫斷裂概率并不存在明顯的相關(guān)性。

3）從試樣2被拉斷的最大破斷力來看（試樣1焊縫斷裂處均有未熔合、夾渣等缺陷，不能反應(yīng)真實(shí)拉力值），無論是從焊縫處斷裂或是從母材處斷裂，其最大破斷力基本一致，說明采用非等邊焊縫填充時(shí)并不影響試件的抗拉強(qiáng)度。

4）根據(jù)取樣時(shí)對(duì)焊接缺陷的統(tǒng)計(jì)來看，采用非等邊角焊縫焊接時(shí)出現(xiàn)焊接缺陷的概率約為等邊角焊縫的1/2（AB面缺陷數(shù)9個(gè)，CD面缺陷數(shù)4個(gè)）。

5）從焊接過程中焊絲消耗量、焊接時(shí)間的統(tǒng)計(jì)（見表3）來看，采用非等邊角焊縫焊接時(shí)焊絲消耗量約是等邊角焊縫的70%，焊接時(shí)間約為等邊角焊縫焊接時(shí)間的65%，且隨著板厚增加，這一比例會(huì)逐步降低。

6）根據(jù)以上分析結(jié)果，建議在熔透型坡口焊縫設(shè)計(jì)時(shí)，所有等邊焊縫可按非等邊焊縫來設(shè)計(jì)（見圖9）。

圖9 非等邊焊縫

5 結(jié)束語

通過對(duì)非等邊焊縫和等邊焊縫的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，非等邊焊縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足產(chǎn)品的使用性能要求，因此可采用非等邊焊縫結(jié)構(gòu)形式，可提升生產(chǎn)效率，目前，此種非等邊焊縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已在超大挖掘機(jī)和礦用貨車結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。