胡树萌

【摘 要】工程机械零部件机械手焊接完成后，焊缝前端起弧处容易产生冷滚、焊瘤等焊接缺陷，导致焊缝前端起弧处外观较差且容易引起焊接应力集中造成焊缝失效的风险，使用TIG重熔修复技术对焊缝前端的起弧缺陷进行重熔修复可消除上述缺陷的同时使焊缝前端平滑过渡，减少应力集中的产生，降低疲劳失效的风险，提高焊缝使用寿命。

【关键词】重熔修复;应力集中;消除缺陷;降低疲劳失效

【中图分类号】TG44 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）10-0079-02

1 概述

焊接作为一种重要的先进制造技术在工业生产和国民经济建设中起着非常重要的作用。经过几十年的快速发展，目前焊接已在许多工业部门的金属结构（如建筑钢结构、船体、铁道车辆、压力容器等）制造中取代了铆接。此外，在机械制造业中，以往由整铸整锻方法生产的大型毛坯改为焊接结构，占世界主要工业国家钢产量的50%～60%[1]。

与铆接、螺栓联接的结构相比较，或者与铸造和锻造的结构相比，焊接结构具有下列优点：焊接接头强度高;焊接接头密封性好;焊前准备工作简单;易于结构的变更和改型。因此，焊接方法已成为使用最为广泛的工艺方法，在工程机械行业的产品生产中，焊接是最主要也是最重要的连接形式，然而工程机械产品在使用的过程中也经常发生失效事故，据统计，其中90%是由于疲劳失效导致的开裂现象。

在工程机械产品中，疲劳失效被公认为一种主要的失效形式，产品在使用过程中因焊缝不断地承受交变载荷，容易导致焊缝起弧处产生疲劳裂纹，然后在使用过程中疲劳裂纹不断地扩展，导致焊缝开裂，最终导致结构失效。

焊缝前端起弧处容易产生疲劳裂纹的主要原因是焊接缺陷。众所周知，焊缝起弧处容易产生冷滚、焊瘤等焊接缺陷，该类缺陷如果不彻底清除掉，会导致产品在后续使用过程中产生应力集中的现象，应力集中就会导致疲劳失效。

徐州巴特工程机械股份有限公司针对焊缝前端起弧处的冷滚、焊瘤等焊接缺陷采取的措施是使用磨光机进行打磨处理，以此来消除焊缝前端的焊接缺陷，使焊缝前端起弧处平滑过渡，减少焊接应力的产生。但是在长时间的使用过程中我们发现，该处理方式会存在如下不足：焊缝打磨外观较差;打磨容易伤及母材;打磨区域空间较小时，打磨不易进行操作;打磨返修时间较长，打磨效率较低等。

为了解决上述问题，经过反复的实验验证，我们开发了一种新的处理工艺，即TIG重熔修复工艺。该工艺的使用原理主要是使用氩弧焊机利用钨极前端产生的氩弧热源将焊缝前端起弧缺陷重新进行熔化，清除焊缝起弧处存在的冷滚、焊瘤等焊接缺陷，并形成平滑过渡的重熔区，减少应力集中的现象，使焊缝前端起弧处的焊缝性能得到较大的改善。这种TIG重熔修复方式相较于之前的打磨修复，不仅修复后的焊缝外观有了较大的提升，而且还能大大降低操作工的劳动强度，同时提升修复效率、降低修复成本。因此，综合上述试验验证得出的优点，徐州巴特工程机械股份有限公司已经着力推动TIG重熔修复技术在工程机械零部件焊缝起弧缺陷的修复应用。

2 工艺验证

使用TIG重熔修复技术对焊接缺陷进行重熔修复时，需要平稳放置零部件，并调整到合适的操作角度，因为只有调整到合适的角度才便于消除起弧处缺陷并重熔出平滑过渡的焊缝起弧外观，同时按照工艺要求的重熔顺序进行起弧缺陷的重熔修复工作。工艺参数的编制方面必须根据产品的自身特性使用合适的氩弧焊机，并经过反复的验证试验后，最终选择相匹配的气体配比、钨极直径、焊接电流等工艺参数。

徐州巴特工程机械股份有限公司生产的产品主要是工程机械的零部件产品，它的主要材质是碳钢和铸钢件，产品的焊缝形式主要是多层多道焊接的大焊缝，对于这一类工程机械零部件进行重熔修复工艺验证时，我们使用“林肯”V270-T氩弧焊机在产品上进行反复的工艺验证试验，最终制定出相对合理的重熔修复工艺参数，本次工艺按照表1列举的工艺参数进行重熔修复处理。

2.1 外观质量

从现场产品中选择焊缝前端起弧不良的焊缝，通过图1可以明显地看出该焊缝多层多道焊接时，每一层焊缝前端起弧处均出现冷滚现象，导致焊缝前端整体不平滑过渡。该缺陷如不进行修复处理，后续在使用过程中极易产生应力集中现象，最终导致焊缝疲劳失效。

使用TIG重熔修复技术对焊缝前端起弧缺陷进行重熔修复，从TIG重熔修复前后的对比效果看，修复完成后冷滚缺陷被完全消除，错层焊缝起弧区域平滑，焊缝与焊缝之间、焊缝与母材之间均变为平滑过渡，TIG重熔修复完成后的该种结构形式可有效地分散焊接应力及应力集中现象，后续产品在投入市场使用过程中会大大降低应力集中现象，焊缝的抗疲劳性能大大提高，产品的使用寿命得以延长。重熔修复前后的对比如图1所示。

3 结语

焊缝前端起弧缺陷TIG重熔修复代替打磨处理，会使焊缝缺陷修复工时至少降低一半，耗材成本降低约80%，同时大大降低操作人员的劳动强度，可有效节约人力、时间及物料成本，综合效益更高。目前，已在徐州巴特工程机械股份有限公司工程机械产品生产中进行大范围的推廣应用。

经过前期反复的工艺验证及产品的推广使用，TIG重熔修复技术可有效地去除焊缝前端起弧处的冷滚及焊瘤等焊接缺陷，具有缺陷修复时间短、效率高，不会伤及母材，便于操作且修复外观较好的优点。经TIG重熔修复后，焊缝组织晶粒细化，可有效提高焊缝的疲劳强度和延长产品的使用寿命等，适合在工程机械行业进行大范围的推广使用。

参 考 文 献

[1]哈尔滨工业大学，方洪渊.焊接结构学[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]侯涛.焊趾TIG重熔层激冷处理对残余应力分布影响的研究[D].大连：大连交通大学，2008.

[3]赵静彬，曲金光，卢静.TIG重熔工艺对焊缝区残余应力的影响[J].焊接技术，2003（6）.