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            埋弧自動焊工藝參數對焊縫成形質量的影響

            閱讀次數[] 發布時間:2013-8-6 17:29:56

            摘要:為了研究焊接參數對單面焊雙面成形尺寸的影響規律,通過對16Mn板厚6、8、10、12 mm材料的試驗,確定了其單面焊雙面成形的最佳參數,并找出焊接參數變化對單面焊雙面成形尺寸的影響規律。16MnR是一種應用十分廣泛的材料,而其中812 mm厚度的材料是最常用的,因此對工業生產具有很好的指導作用。

                單面埋弧焊雙面成形工藝可一次獲得雙面成形焊縫,具有提高生產率、改善勞動條件、縮小焊接空間位置等優點,因此該工藝在鍋爐、壓力容器及其他金屬結構制造中得到應用。但是實際焊接時,對焊接設備精度、裝配質量、焊接參數及網壓波動等方面要求較嚴格,上述諸因素波動程度較大,反面成形質量不易保證,因而這種工藝的應用還受到一定限制。我們以16MnR鋼板為例,對焊接參數和工藝因素對單面埋弧焊雙面成形質量的影響規律進行研究,以利于該工藝的應用。

            1 基準焊接參數確定

                為了研究焊接參數對單面焊雙面成形尺寸的影響規律,必須確定一定板厚、一定材料時雙面成形的最佳焊接參數,即電弧電壓、焊接電流和焊接速度。在此基礎上變化其他參數就可找出其影響規律。

            1.1 試驗設備及材料

                試驗設備采用MZ-1000型埋弧自動焊機。焊絲選用4 mmH08MnA,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 mm16MnR鋼板。

                焊前對焊劑烘干,對焊絲和鋼板進行除油污和去銹處理。

            襯墊采用方槽銅墊板+焊劑,強迫冷卻成形方式。墊板尺寸見圖1。方槽墊板優于圓弧形成形槽墊板,其焊縫對中要求低、焊劑敷放均勻、反面成形好。

            1.2不同板厚基準焊接參數的確定

            通過對四種厚度試板的單面埋弧焊雙面成形試驗,確定了一組正反面成形均良好的焊接參數(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的關系見圖2?梢,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給出的參數變化范圍均可使焊縫獲得良好成形。表1給出的數據可作為焊接參數對正反面成形影響的中間值或基準參數。

            2 焊接參數對正反面焊縫成形的影響

                以δ=10 mm16MnR鋼板為例,改變U、Iv三者之一,而保持其他條件不變進行試驗,分析U、I、v對正反面成形的影響。

            2.1焊接電流變化對成形的影響

            試板的基準試驗參數為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系見圖3。隨電流增大,弧柱直徑增大,由于焊件組對間隙較大,使電弧潛入熔池深度增大,這樣電弧斑點移動范圍受到限制,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,對熔池輸人熱量和電弧斑點壓力增加,焊絲熔化量增多,使熔深增加,在背面則表現為熔寬增加,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,使正面余高增大,但同時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,但到一定程度時由于受到成形槽的限制無法增大,只能在一定范圍波動。

                總之,要想使焊件完全焊透獲得理想的雙面焊縫,應該采用較大的焊接電流。但并不是電流越大越好,電流過大會使正面焊波粗糙不均勻、出現咬邊,而且焊縫金相組織粗大、熱影響區加寬、力學性能變差,因此確定焊接電流時宜選下限為好。

            2.2電弧電壓變化對成形的影響

                試板的基準試驗參數同前,只改變電弧電壓,其他參數不變。電弧電壓每變化2 V焊一組試件,共焊四組,分別測量B、H、B′、H′值。焊縫熔寬、熔深與電弧電壓的關系見圖4。隨電弧電壓增高,電弧功率加大,工件輸入熱量有所增加,同時電弧拉長,電弧斑點活動范圍變寬,工件熔化面積增大,從而導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,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格。但電弧電壓過高會產生咬邊缺陷。因此,電弧電壓要與焊接電流相匹配。

            2.3焊接速度變化對成形的影響試板的基準焊接參數同前,只改變焊接速度,保持其他參數不變。焊速每變化3 m/h焊一組試件,共焊五組,分別測量B、H、B′、H′值。焊縫熔寬、余高與焊接速度的關系見圖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,其焊接性較好,可采用MMA焊。但由于復合鋼的復層是不銹鋼,預熱溫度應控制在300℃以下,焊接時的層間溫度也應保持在適宜的低溫下,以防止其復層過熱或產生晶間腐蝕;鶎雍附庸ぷ魍戤吅,應先進行外觀檢查(焊縫不得存在裂紋、氣孔和夾渣等缺陷),然后進行X射線探傷。無損探傷合格后,應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接頭的關鍵部位,可采用TIG焊。焊接時,要在保證熔合良好的前提下,應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。過渡層焊接完畢后,應采用超聲波或滲透法進行無損檢驗。

            (6)復層焊接因復層材料為1Cr18Ni9Ti,焊接性能良好,故采用TIG焊。但為防止接頭出現晶間腐蝕、熱影響區的“刀蝕”、焊接接頭的應力腐蝕、熱裂紋等,選擇焊接材料時,盡量使焊縫成為雙相組織;采用小電流、大焊速;嚴格控制層間溫度,允許在前后焊道施工間隙時冷卻接頭,層間溫度應小于60℃。

            4 焊接順序

            焊接時,按照基層、過渡層、復層的順序進行焊接。如圖2所示。


            5 結論.

            (1)1Cr18Ni9Ti/16MnR復合鋼采用MMA焊與TIG焊綜合焊工藝能滿足焊接質量要求。

            (2)復合鋼焊接時,焊接材料的選用應根據被焊鋼材的復合組元成分并按基層、過渡層、復層等分別進行選擇。

            (3)過渡層焊接時,應盡量減少基材金屬的熔入量,以減少焊縫的稀釋率。

            關鍵字:
              產品分類: 大口徑 結構 厚壁 管線 油管 套管