摘要:為了研究焊接參數(shù)對(duì)單面焊雙面成形尺寸的影響規(guī)律,通過對(duì)16Mn板厚6、8、10、12 mm材料的試驗(yàn),確定了其單面焊雙面成形的最佳參數(shù),并找出焊接參數(shù)變化對(duì)單面焊雙面成形尺寸的影響規(guī)律。16MnR是一種應(yīng)用十分廣泛的材料,而其中8～12 mm厚度的材料是最常用的,因此對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有很好的指導(dǎo)作用。
??? 單面埋弧焊雙面成形工藝可一次獲得雙面成形焊縫,具有提高生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件、縮小焊接空間位置等優(yōu)點(diǎn),因此該工藝在鍋爐、壓力容器及其他金屬結(jié)構(gòu)制造中得到應(yīng)用。但是實(shí)際焊接時(shí),對(duì)焊接設(shè)備精度、裝配質(zhì)量、焊接參數(shù)及網(wǎng)壓波動(dòng)等方面要求較嚴(yán)格,上述諸因素波動(dòng)程度較大,反面成形質(zhì)量不易保證,因而這種工藝的應(yīng)用還受到一定限制。我們以16MnR鋼板為例,對(duì)焊接參數(shù)和工藝因素對(duì)單面埋弧焊雙面成形質(zhì)量的影響規(guī)律進(jìn)行研究,以利于該工藝的應(yīng)用。
1 基準(zhǔn)焊接參數(shù)確定
??? 為了研究焊接參數(shù)對(duì)單面焊雙面成形尺寸的影響規(guī)律,必須確定一定板厚、一定材料時(shí)雙面成形的最佳焊接參數(shù),即電弧電壓、焊接電流和焊接速度。在此基礎(chǔ)上變化其他參數(shù)就可找出其影響規(guī)律。
1.1 試驗(yàn)設(shè)備及材料
??? 試驗(yàn)設(shè)備采用MZ-1000型埋弧自動(dòng)焊機(jī)。焊絲選用4 mm的H08MnA,焊劑采用HJ431。焊接試板分別為厚6mm、8mm、10mm、12 mm,尺寸為100 mm×1 000 mm的16MnR鋼板。
??? 焊前對(duì)焊劑烘干,對(duì)焊絲和鋼板進(jìn)行除油污和去銹處理。
襯墊采用方槽銅墊板+焊劑,強(qiáng)迫冷卻成形方式。墊板尺寸見圖1。方槽墊板優(yōu)于圓弧形成形槽墊板,其焊縫對(duì)中要求低、焊劑敷放均勻、反面成形好。
1.2不同板厚基準(zhǔn)焊接參數(shù)的確定
通過對(duì)四種厚度試板的單面埋弧焊雙面成形試驗(yàn),確定了一組正反面成形均良好的焊接參數(shù)(表1)。其中電弧電壓U、焊接電流I,焊接速度v及坡口間隙c與板厚δ的關(guān)系見圖2?？梢?/span>,U與δ、I與δ、c與δ是隨δ增加而增加,v與δ是隨δ增加而減小。表明焊接熱輸入量是隨板厚增加而增加。這樣熔寬和熔深也隨之增加,而使正反面成形良好。表1和圖2給出的參數(shù)變化范圍均可使焊縫獲得良好成形。表1給出的數(shù)據(jù)可作為焊接參數(shù)對(duì)正反面成形影響的中間值或基準(zhǔn)參數(shù)。
2 焊接參數(shù)對(duì)正反面焊縫成形的影響
??? 以δ=10 mm的16MnR鋼板為例,改變U、I及v三者之一,而保持其他條件不變進(jìn)行試驗(yàn),分析U、I、v對(duì)正反面成形的影響。
2.1焊接電流變化對(duì)成形的影響
試板的基準(zhǔn)試驗(yàn)參數(shù)為U=39~41 V,I=200~750 A,v=28 m/h,c=2.5~3.5 mm。只改變焊接電流,其他參數(shù)不變。電流每變化50 A焊一組試件,共焊5組試件。焊后分別測(cè)量焊縫正面熔寬B、余高H和焊縫背面熔寬B′、余高H′。其焊縫熔寬、余高與焊接電流的關(guān)系見圖3。隨電流增大,弧柱直徑增大,由于焊件組對(duì)間隙較大,使電弧潛入熔池深度增大,這樣電弧斑點(diǎn)移動(dòng)范圍受到限制,因而使正面熔寬度化較小,并隨電流增大、鐵水流入反面熔池量增加,使正面熔寬略有減小。隨電流增大,對(duì)熔池輸人熱量和電弧斑點(diǎn)壓力增加,焊絲熔化量增多,使熔深增加,在背面則表現(xiàn)為熔寬增加,但由于正面熔寬的限制,背面熔寬增加到一定值后變化漸緩。
??? 隨電流增大,焊絲熔化量增多,在正面熔寬近于不變時(shí),使正面余高增大,但同時(shí)由于背面焊縫體積亦增大,因而正面余高增量漸小。
??? 隨電流增大,電弧吹力及液態(tài)金屬重力有所增加,背面焊劑熔化量增多且被排斥的體積加大,使背面余高增大,但到一定程度時(shí)由于受到成形槽的限制無法增大,只能在一定范圍波動(dòng)。
??? 總之,要想使焊件完全焊透獲得理想的雙面焊縫,應(yīng)該采用較大的焊接電流。但并不是電流越大越好,電流過大會(huì)使正面焊波粗糙不均勻、出現(xiàn)咬邊,而且焊縫金相組織粗大、熱影響區(qū)加寬、力學(xué)性能變差,因此確定焊接電流時(shí)宜選下限為好。
2.2電弧電壓變化對(duì)成形的影響
??? 試板的基準(zhǔn)試驗(yàn)參數(shù)同前,只改變電弧電壓,其他參數(shù)不變。電弧電壓每變化2 V焊一組試件,共焊四組,分別測(cè)量B、H、B′、H′值。焊縫熔寬、熔深與電弧電壓的關(guān)系見圖4。隨電弧電壓增高,電弧功率加大,工件輸入熱量有所增加,同時(shí)電弧拉長,電弧斑點(diǎn)活動(dòng)范圍變寬,工件熔化面積增大,從而導(dǎo)致焊縫正面熔寬增加。隨電弧電壓增高,電弧的輻射作用加強(qiáng),使焊縫背面熔寬略有增加。而焊絲熔化量稍有減少,造成焊縫余高有所減小。
總之,電弧電壓主要影響熔寬,不象焊接電流要求那樣嚴(yán)格。但電弧電壓過高會(huì)產(chǎn)生咬邊缺陷。因此,電弧電壓要與焊接電流相匹配。
2.3焊接速度變化對(duì)成形的影響試板的基準(zhǔn)焊接參數(shù)同前,只改變焊接速度,保持其他參數(shù)不變。焊速每變化3 m/h焊一組試件,共焊五組,分別測(cè)量B、H、B′、H′值。焊縫熔寬、余高與焊接速度的關(guān)系見圖5。隨著焊接速度增加,焊接線能量減小,因而金屬熔敷量減少,從而導(dǎo)致焊縫正面熔寬下降,但背面焊縫熔寬變化緩慢。隨著焊接速度的增加,也使正坡口形狀坡口表面及其附近擦洗干凈,去除污垢。
(4)基層焊接由于基層材料為16Mn鋼,其焊接性較好,可采用MMA焊。但由于復(fù)合鋼的復(fù)層是不銹鋼,預(yù)熱溫度應(yīng)控制在300℃以下,焊接時(shí)的層間溫度也應(yīng)保持在適宜的低溫下,以防止其復(fù)層過熱或產(chǎn)生晶間腐蝕?；鶎雍附庸ぷ魍戤吅?/span>,應(yīng)先進(jìn)行外觀檢查(焊縫不得存在裂紋、氣孔和夾渣等缺陷),然后進(jìn)行X射線探傷。無損探傷合格后,應(yīng)將基層焊縫表面打磨平整,使其表面略低于基層金屬表面。
(5)過渡層焊接過渡層的焊接是整個(gè)接頭的關(guān)鍵部位,可采用TIG焊。焊接時(shí),要在保證熔合良好的前提下,應(yīng)盡量采用較小的焊接電流、較大的焊接速度,以減少焊縫的稀釋率。過渡層焊縫金屬的表面應(yīng)高出界面0.1~1.5 mm,基層焊縫表面距離界面要控制在1.5~2.0 mm;過渡層厚度控制在2~3 mm內(nèi)。過渡層焊接完畢后,應(yīng)采用超聲波或滲透法進(jìn)行無損檢驗(yàn)。
(6)復(fù)層焊接因復(fù)層材料為1Cr18Ni9Ti,焊接性能良好,故采用TIG焊。但為防止接頭出現(xiàn)晶間腐蝕、熱影響區(qū)的“刀蝕”、焊接接頭的應(yīng)力腐蝕、熱裂紋等,選擇焊接材料時(shí),盡量使焊縫成為雙相組織;采用小電流、大焊速;嚴(yán)格控制層間溫度,允許在前后焊道施工間隙時(shí)冷卻接頭,層間溫度應(yīng)小于60℃。
4 焊接順序
焊接時(shí),按照基層、過渡層、復(fù)層的順序進(jìn)行焊接。如圖2所示。
5 結(jié)論.
(1)1Cr18Ni9Ti/16MnR復(fù)合鋼采用MMA焊與TIG焊綜合焊工藝能滿足焊接質(zhì)量要求。
(2)復(fù)合鋼焊接時(shí),焊接材料的選用應(yīng)根據(jù)被焊鋼材的復(fù)合組元成分并按基層、過渡層、復(fù)層等分別進(jìn)行選擇。
(3)過渡層焊接時(shí),應(yīng)盡量減少基材金屬的熔入量,以減少焊縫的稀釋率。