TIG焊趾重熔技术的验证及推广应用

TIG焊趾重熔技术的验证及推广应用
胡树萌
【期刊名称】《《现代制造技术与装备》》
【年(卷),期】2019(000)011
【总页数】2页(P127-128)
【关键词】焊趾重熔; 消除缺陷; 释放应力; 降低疲劳失效
【作者】胡树萌
【作者单位】徐州巴特工程机械股份有限公司徐州 221000
【正文语种】中文
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）制造中几乎全部取代了铆接。

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成了焊接结构。

目前，世界主要工业国家生产的焊接结构占到钢产量的50%～60%[1]。

与其他联接方式相比，焊接结构形式具有如下的优点：（1）焊接接头强度较高，可高于母材的强度；（2）焊接接头密封性较好；（3）焊接前的前期准备工作较
为简单；（4）结构易于变更和改形。

基于上述优点，焊接已作为应用最广泛的工艺方法，尤其在工程机械产品制造方面，
焊接是最主要也最重要的连接形式。

然而，工程机械产品在市场使用过程中经常发生失效事故。

根据相关数据统计，其中90%是由于疲劳引起的失效形式。

焊缝中的焊趾区域是应力集中较为严重的区域，因为该区域是焊接过程中常见的咬边、夹渣等焊接缺陷的主要集中区域，产品在使用过程中因不断承受交变载荷，易产生应力集中导致疲劳裂纹，然后疲劳裂纹不断扩展，最终导致结构失效。

因此，焊趾位置是焊接接头中最为薄弱的区域。

目前，提高焊缝疲劳强度及使用寿命的方法主要是打磨、锤击和TIG 重熔修复处
理等。

焊趾区域的打磨处理可消除咬边、夹渣、微裂纹等焊接缺陷，并降低焊趾处的应力集中现象，从而提高焊缝接头的疲劳强度[2]。

但是，打磨费时费力，劳动
强度大。

对焊趾区域进行锤击处理，可以使焊趾区域产生局部塑性变形而形成压应力，提高焊缝的疲劳强度[2]，但是锤击在操作过程中锤击力度不便于控制，存在
操作均匀性差的缺点。

TIG 焊趾重熔修复技术可使焊缝与母材之间形成平滑过渡，消除焊接缺陷，减少应力集中的现象产生。

同时，该工艺具有操作简单、成本较低、疲劳强度提升明显等特点，在工程机械行业提升焊缝疲劳强度方面适宜大范围的推广使用。

2 TIG 焊趾重熔原理及工艺参数的确定
相对于焊趾打磨的传统方式，采用TIG 焊趾重熔的方式将更加有利于降低部件生
产周期，节约人力、时间及物料成本。

TIG 焊趾重熔处理是改善接头疲劳强度简单而有效的工艺方法之一，以钨极氩弧为热源，将焊趾处焊缝重新熔化，清除焊趾处可能存在的咬边、夹渣等焊接缺陷，并形成圆滑过渡的重熔区，减少应力集中使焊趾处焊缝性能得到显著改善，避免产品长时间使用时产生疲劳失效的风险。

本次使用林肯V270-T 氩弧焊机，按照表1 列出的工艺参数进行焊趾重熔处理，并对工
艺参数进行工艺评定。

表1 工艺参数参数名称参数值焊接参数（电流）190±10A气体成分 100%Ar气
体流量 10 ～15L/min重熔速度 10 ～14cm/min钨极直径Φ2.4mm重熔半径
≥3mm重熔深度≤0.5mm重熔宽度 6 ～8mm
2.1 外观质量
按照上述工艺参数进行TIG 焊趾重熔后的外观，如图1 所示。

从重熔后效果看，因TIG 焊独特的焊接手法，表现出典型的鱼鳞状焊缝外观。

鱼鳞状焊缝可通过圆弧有效地分散焊接应力和应力集中现象，有效提高焊缝疲劳寿命。

图1 外观质量
2.2 金相组织
将该零件锯切后进行金相组织观察和显微硬度测量，以确定TIG 重熔后焊趾区域的质量表现情况。

如图2 所示，通过金相组织观察发现，TIG 重熔前焊趾部位的焊缝金属呈粗大的柱状晶特性，热影响区主要为马氏体组织，粗大的晶粒导致材料塑性大为降低。

图2 柱状晶
经过焊趾TIG 重熔处理后，晶粒尺寸显著减小。

TIG 重熔区主要由晶粒细小的针状铁素体和贝氏体组成，如图3所示。

由于TIG 重熔所用线能量较低，熔池冷却速度快，抑制柱状晶的形成，即经过TIG 电弧的热处理后，原始焊缝中粗大的柱状晶消失，形成了晶粒细小的针状铁素体和贝氏体。

可见，TIG 重熔处理细化了焊趾区的微观组织，有利于改善接头的力学性能。

图3 铁素体+贝氏体
2.3 显微硬度
使用维氏硬度仪对TIG 重熔后的焊趾区域进行显微硬度测量，测试结果符合相关标准要求。

通过对TIG 焊趾重熔后的零件外观、金相组织、显微硬度进行综合验证及评定，发现使用TIG 重熔技术对焊趾区域进行重熔处理不仅可以消除缺陷、细化晶粒，
提高焊缝疲劳强度，而且重熔效率及质量较先前的焊趾打磨有较大提升。

3 结语
图4 显微硬度测量值
通过以上试验数据可以看到，使用TIG 焊趾重熔技术不仅可以有效去除焊趾处的咬边、夹渣、冷滚等缺陷，使焊缝外观完全满足相关标准要求，而且重熔区域的鱼鳞状焊缝外观可通过圆弧有效分散焊接应力。

重熔后焊缝组织晶粒细化，可有效提高焊缝疲劳强度。

目前，该技术已在公司产品上进行大范围的推广应用。

参考文献
【相关文献】
[1]方洪渊.焊接结构学[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2]霍立兴.焊接结构工程强度[M].北京：机械工业出版社，1995.。