深熔焊熔深不够原因分析及解决方法

2018-12-29李文锋丁顺霞贺水冰

机械工程师 2018年1期

关键词：熔焊熔深坡口

李文锋，丁顺霞，贺水冰

（南通润邦重机有限公司技术中心，江苏南通 226013）

深熔焊熔深不够原因分析及解决方法

李文锋，丁顺霞，贺水冰

（南通润邦重机有限公司技术中心，江苏南通 226013）

文中针对钢结构焊接形式中的深熔焊，介绍了深熔焊接头类型，分别取样试验，通过测试的金相图，分析了深熔焊熔深不够的原因并提出了解决方案，改进了焊接工艺，提升了焊接品质。

钢结构；深熔焊；金相图；焊接工艺

0 引言

随着时代的步伐，当今重工行业快速发展，焊接工艺水平是钢结构行业竞争力的体现，焊接质量在钢结构产品中极为重要。根据钢结构的重要性、载荷特性、工作环境以及应力状态等情况，常见的焊接形式有熔透焊、深熔焊及角焊。深熔焊相较而言，深熔焊极为容易产生熔深不够的问题，导致钢结构产品存在较大的安全隐患，同时也产生大量的返工修复成本。

根据钢结构企业工作经验总结，深熔焊接头类型大致可分为几类，分别根据接头形式取样，制作焊接试验样品，焊接后，下文将根据接头形式，分别取样制作试验样品，通过试验数据分析深熔焊熔深不够的原因以及解决方案，从而提高钢结构企业生产工艺。

1 深熔焊接头类型

深熔焊其实是局部熔透坡口焊缝，涉及到深熔焊的接头形式有：对接接头（单、双面深熔）、T型接头（单、双面深熔），如表1所示。

表1 起重机常见焊接接头种类

在上述8种接头形式中，分别又有两种熔深情况：1）板厚与熔深之差不大于1～3 mm；2）板厚与熔深之差大于3 mm。

2 工艺试验

根据对接接头、T型接头的多种形式，分别准备焊接试验样品，安排同一焊工，进行焊接操作。记录焊接形式，焊接电流电压及接头的坡口尺寸。样品焊接完成后，取焊缝截面金相分析，焊缝接头截面的宏观金相照片能客观反映深熔焊的熔透情况，以下进行的几组宏观金相试验，从坡口细节、焊缝根部质量方面进行了对比。

2.1 对接接头试验

取材质Q390C、厚度20 mm板材，分别开坡口，分成4组，按照a)、b)、c)、d)的顺序编号。其中：试样a)、c)进行横焊操作，电流220 A，电压25 V，焊接速度25 cm/min；试样b)、d)进行立焊操作，电流200A，电压24V，焊接速度20cm/min。同时试样a)、b)坡口角度45°，深度10 mm，接头间隙2 mm；试样c)、d)坡口角度45°，深度18 mm，接头无间隙。分别进行焊接操作，去焊缝接头截面宏观金相照片分析。

图1 对接接头试验金相图

如图1所示:a）组试样实际熔深大于坡口深度，坡口、熔深合格，焊缝根部合格；b）组试样实际熔深9.5 mm,小于坡口深度，坡口深度开大了，焊缝根部也没有焊满，差0.5 mm，不合格；c）组试样实际熔深18 mm,大于坡口深度，焊缝根部合格；d）组试样实际熔深19 mm，大于坡口深度，熔深、焊缝根部合格。

2.2 T型接头试验

同样取材质Q390C、厚度25 mm板材，分别开坡口，分成4组，按照e)、f)、g)、h)的顺序编号。其中试样e)、g)、h)进行平焊操作，电流220 A、电压26 V、焊接速度24 cm/min；试样f)进行横焊操作，电流220 A、电压27 V、焊接速度25 cm/min。同时试样e)开双面坡口、f)开单面坡口，坡口角度45°、深度10 mm、接头无间隙；试样g)、h)均开单面坡口，坡口角度50°、深度20 mm、接头间隙2 mm；分别进行焊接操作，去焊缝接头截面宏观金相照片分析。

图2 T型接头试验金相图

如图2所示：e）组试样实际熔深11.5 mm，不小于坡口深度，坡口、熔深合格，焊缝根部合格；f）组试样实际熔深不小于坡口深度，坡口、熔深合格，焊缝根部合格；g）组试样实际熔深22 mm,不小于坡口深度，熔深、焊缝根部合格；h）组试样实际熔深21 mm,不小于坡口深度，坡口、熔深合格，焊缝根部合格。

3 原因分析

根据上述深熔焊试验来看，试板上的取样有一个不合格，原因是因为坡口深度开小了，其余都符合要求。其中试板上取样的金相试样焊缝根部熔合良好，都合格。试板上坡口质量、装配间隙控制得比较好，只有两个坡口深度要求比板厚小1 mm的，没有达到要求。

深熔焊熔深不够的原因包含坡口深度太小、坡口角度不适的因素。从焊缝根部熔合情况看，焊接试板的焊工操作比较规范，焊缝根部熔合较好，焊缝深度能达到坡口深度，而焊接产品的焊工可能是技能问题也可能是责任心的问题，焊缝根部质量时好时坏。因此深熔焊熔深受到多方面影响，客观方面主要是坡口深度、角度，主观方面便是焊工的工艺水平。

4 解决方案

通过上述一系列试验表明，只要坡口符合要求，焊工技能好且操作规范，都能焊出合格的焊缝出来，考虑到焊工技能水平参差不齐、实际坡口角度有误差、实际坡口深度有误差、装配工定位焊缝质量等因数，要求如下：1）所有对接接头形式的深熔焊缝，考虑到受力情况及焊接难度，全部以全熔透焊缝要求。可以双面焊的，拼板间隙控制在0～2 mm，只能单面焊的，拼板间隙控制在3～5 mm，单面焊双面成型，问题不大。2）板厚与熔深之差不小于3 mm的双面坡口焊缝，设计坡口时，坡口深度比要求的熔深大2～3 mm，尽量3 mm。装配间隙0～2 mm,装配工保证定位焊缝质量或焊接前刨掉定位焊缝。3）板厚与熔深之差小于3 mm的双面坡口焊缝，设计坡口时，留1 mm钝边，装配工保证定位焊缝质量或焊接前刨掉定位焊缝。4）装配间隙0～2 mm时,反面清根当做全熔透焊缝焊接；装配间隙2～3 mm,反面去除渣子后可以直接焊接。5）板厚与熔深之差大于3 mm的单面坡口焊缝，设计坡口时，坡口深度比要求的熔深大2～3 mm，尽量3 mm。装配间隙0～2 mm,装配工保证定位焊缝质量或焊接前刨掉定位焊缝。6）板厚与熔深之差不小于3 mm的单面坡口焊缝，设计坡口时，留1 mm钝边，设计和装配工序考虑留2～3 mm间隙装配。装配工保证定位焊缝质量或焊接前刨掉定位焊缝。7）对于深熔焊焊缝，设计成不留间隙时，坡口角度一定不能小，坡口角度在45°～50°，否则达不到规定的熔深。8）对于比较厚的材料，尽量不要设计成坡口深度很深的单面坡口焊，以免拉裂焊缝根部，产生根部裂纹。9）下料阶段，对于深熔焊的坡口，要重点检查坡口大小和钝边是否符合图样要求。10）加强对结构焊前的坡口检查，大部分的深熔焊缝不合格，原因在于焊前坡口状态不符合要求，包括钝边、角度、间隙。

5 结语

通过本文对焊接接头的分析探讨，设计焊接接头时，应从焊接接头工艺特点出发，合理设计焊接接头，在确保焊接接头质量的同时，力求简化工艺，以达到省工省料、提高生产率的目的。为保证T型接头深熔焊缝（PJP）和单面全熔透焊缝质量，涉及生产设计、下料及检验、装配及检验、焊接各环节必须注意：下料时，要重点检查坡口质量，包括坡口钝边、坡口角度、下料尺寸。结构装配时，对于此类焊缝，装配前后严格检查坡口钝边、角度、间隙，对于要求有装配间隙的焊缝，为防止间隙使焊接收缩变大，装配时考虑加放2～3 mm的收缩余量并配合反变形措施，尽量用马板代替坡口内定位焊。

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