厚板不预热焊接变形和裂纹控制

厚板不预热焊接变形和裂纹的控制摘要;介绍了厚板在不预热状态下焊接时，为防止焊后变形和裂纹，保证焊后机加工余量和机械性能，制定了一系列工艺措施，成功地控制了工件焊接后产生变形和裂纹等问题。

关键词：厚板冷焊焊接变形和裂纹控制

1 前言

机械设备中的零部件以焊接结构取代铸件，这种既经济又可靠的施工方法，已被机械企业广泛运用。我公司安大装备公司承制的2000knf 双动油压机中的“三梁”和小车体，系属中、厚板的大型焊接结构件，四件总重约140t。其中，活动横梁(4950×3800×1800)上的花盘和小车体(4900×3800×510)外的工作台体，均为厚板拼接而成。按施工图要求，花盘粗加工后直径为φ3800mm，厚120mm，工作台体粗加工后直径为φ3800mm，厚底为130mm；又均在其单面上加工12 条t 形槽。之后，再各自与纵横交错的中厚板焊接起来。消除应力后精加工，使花盘和工作台体厚度皆为100mm。按常规下料施工，采用板厚至少前者为130mm，后者140mm。鉴于厚板货源馈乏，加之外协铸钢件既不经济，又难保证施工进度等困难。我们对整体构件进行了综合性分析后，认为采用120mm 厚板施工是可行的。为防止焊后变形和裂纹，保证焊后机加工的余量，我们通过采用一系列工艺措施，成功地控制了焊接后工件的变形和裂纹出现。

2 厚板焊接工艺方案分析与制定

2.1 厚板焊接概述

选用四块120×1000×4000 规格板材拼接成一件。其板材系由钢坯轧制而成，有程度不同的层状夹杂物，具有很大刚性；其拼接接头也有较大的拘束度。这样，施焊中往往在板材厚度方向的拉应力作用下，极易产生层状撕裂和根部裂纹。为防止焊缝产生缺陷，若采取线能量大的施工方法，会导致大的焊接应力和难以修复的较大变形量。这是因为母材和热影响区晶粒变粗，塑性降低，脆性增加所致。若用较小的线能量施焊，可避免产生上述缺陷；但也易在焊接接头根部出现未焊透，或者冷却速度过快，焊缝金属急剧收缩等，这都是诱发根部裂纹的主要原因。为此，解决厚板焊接产生的裂纹、层状撕裂及变形，成了“冷焊”工艺措施的主攻目标。

2.2 厚板“冷焊”施工方案的确定

从焊接结构变形理论观点出发，对厚板焊接施工方法，一般采用电渣焊或双丝窄间隙焊接为最佳。然而，我厂在没有合适设备的条件下，只好用手工电弧焊和埋弧自动焊接相结合的方法进行施工。就熔化焊接过程理论来分析，对厚板焊接通常采取焊前预热及焊后缓冷的施工方法。然而，由于我厂退火炉面积所限(焊件尺寸超宽)，用氧乙炔火陷局部预热又不方便的条件下，为加快施工进度，降低产品成本，采用必要的工艺措施，即工件在不预热的情况下实施“冷焊”法。

2.3 厚板“冷焊”的焊接工艺

2.3.1 焊前准备

花盘和工作台体各由四块120×1000×4000 厚板拼接而成。对

每块毛坯板局部不平进行氧乙炔火焰校平。使板面平面度要求在2.5mm 之内。

（1）坡口型式和尺寸，如图1 所示。

在保证焊缝熔透，焊缝与母材等强度的原则下，采用“x”形坡口。通常对接缝坡口角度是60°，但考虑本工件在设备中的作用和受力情况，以及焊缝要具有足够强度的原则下，坡口角度不宜过大，故在不影响施焊的条件下，确定为32°。为使坡口尺寸一致和匀直，采用自动气割机施工。

（2）以两块板分别施焊后再组焊成整体的施工程序。可分别在由四根长度为4100mm 的25 号工字钢组成的简易工作平台上进行施工。详见图2

（3）将两块板点焊牢固。并在板面欲焊处的两侧均布焊三个“π”型筋。其两端焊有堵板（如图2）。

（4）焊接设备与焊接材料

焊接设备：bx1—330 交流弧焊机；mz—1000—1 埋弧自动焊机。焊接材料：j502电焊条(φ4、φ5)；

h08a 自动焊丝φ5，焊剂431。

（5）坡口及钝边进行清除污垢、水、锈馈等处理。

（6）保温石棉布，专用扁铲等。

2.3.2 焊接工艺

（1）用手工电弧焊进行打底焊，以一点法（如图3）施焊至3 层。目的在于清渣方便，又因线能量小可以抑制焊接变形。根据母材为a3 板，因为考虑到部件在设备中的作用所以决定在同等焊接性能情况下，选用焊缝金属抗拉强度较高的j502 焊条，对提高焊缝抗裂性能是有益的。其手工电弧焊工艺规范见表1。

继手工电弧焊焊接后，采用自动焊施焊。目的在于提高工效，减轻工人劳动强度，确保焊接质量。用一点法焊接两层后再以二点法（如图4）施焊至一侧焊缝的4/5，最后以三点法（如图5）直至焊接终了。自动焊的焊接工艺规范见表2。

（2）焊接工艺程序

厚板焊接一律采用直通焊法。其焊缝熔敷顺序如图6所示。即用手工电弧焊焊接a 面第一层→b 面第一、二层→a 面第二、三层→b 面第三层。

图6

用自动焊焊接b 面第四层→a 面第四、五层，均以一点法施焊。从第六层起以二点法在ab 面交替施焊；直达到焊缝高度的4/5 时，再以三点法施焊直到焊接终了。

（3）为确保焊接质量，须注意以下几点：

1）每焊完一层焊缝，必须清除熔渣和飞溅物之后，方可施焊下一层焊缝。

2）每焊完一层焊缝，对其宏观质量进行认真检查。

发现夹渣、裂纹等，用碳弧气刨清除焊缝缺陷后，方可继续施焊。

3）手工电弧焊时，当每根焊条熔完时，弧坑须填满，

其焊缝接头力求平缓过渡，搭接尺寸以5- 8mm 为宜。施焊第一层焊缝的焊条直径选为φ4mm，其余为φ5mm。

4）焊缝施焊须连续进行，特别是在用二点法之前，切不可间断。

焊缝层温度控制在150- 200℃之间。当层温＞200℃时，可视情况间歇一段时间后再继续施焊。在施焊用自动焊接设备之前，要去除“π”型筋，并予铲平焊迹。

5）一般a、b 面交替施焊时，每面施焊连续两层，但当达到焊缝总高度的1/2 后，可根据变形情况调整焊接层数之增减，以最多不得超过三层为宜。

6）施焊第ⅰ条焊缝时遵照上述方法施工，而焊接第ⅱ条焊缝时，可在手工电弧焊焊接两层后，径直采用自动焊缝续施焊。在连续焊接层数上也可适情况增减。

7）每条焊缝全部施焊终了，a 面焊缝置于石棉布上，b 面焊缝则利用折叠四层的石棉布予以敷盖；反之亦然，目的是缓冷。诚然，要在平整地面上进行。

（4）焊缝质量检查

厚板在不预热的情况下采用手工电弧焊和自动焊接相结合的焊