李其生

（廣州市博潤化工有限公司，廣東廣州 510700）

1 工程簡介

廣州鋁制品廠的主要產品，是卷筒式薄鋁板，批量很大，主要銷售出口。以往包裝通過10噸行車吊裝，沒有翻轉機構。垂直雙向包裝打帶很困難，而且不安全。流水生產線上包裝速度慢，嚴重影響生產率的提高。

該廠進行技術改造，需要幾臺10 t翻轉機。要求翻轉重量10 t，卷筒最大直徑1 200mm、寬度 1 200mm，要求電控PLC，雙缸液壓操作，實現(xiàn)半自動翻轉。翻轉機構用SUS304不銹鋼板，機架和翻轉機構，盡量采用槽鋼結構，以達到整機重量輕、強度高、美觀實用的目的。卷筒料液壓翻轉機，機械部分如圖1。機架部件由槽鋼和鋼板組焊而成，翻轉機構由不銹鋼板，槽鋼組焊而成。焊接要求高，需達到足夠的強度，是本機成敗的關鍵之一。

圖1 機械部分

2 可焊性分析

異種鋼材焊接的機件，翻轉機構，鋼板均用10 mm的SUS304不銹鋼板；槽鋼選用10#槽鋼，材質選用30#鋼，結構如圖2。

圖2 翻轉機構

（1）翻轉機構鋼板SUS304，其化學成份如表1（摘自供應商提供的材質報告）。

表1 SUS304化學成份

表2 30#鋼化學成份

（2）10#槽鋼的材質為30#鋼，其化學成份如表2〔1〕。

根據(jù)文獻[1]，表1和表2的兩異種鋼金屬的可焊性在良好的范圍內。再從機械性能上看，不銹鋼SUS304屈服點235 MPa/mm；抗拉強度510 MPa/mm。30#鋼屈服點300 MPa/mm；抗拉強度500 MPa/mm。兩種材料的δs和δb較為接近，可焊性好。

圖3 焊接接頭的型式與尺寸

以上分析，只要使用合理的焊接工藝，焊接操作得當，可以得到良好的焊接質量。

3 焊接工藝

（1）10#槽鋼長寬交集處開坡口50°±5°。如圖3。

（2）清理施焊接口：對接口內外20 mm范圍內的油污、油漆、鐵銹等對焊接有害的物質清理干凈，直至還原工件材料本色。

（3）焊接材料的選擇，選用牌號A102型號E308-15，規(guī)格為直徑3.2 mm焊條，鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條。

（4）采用手工電弧焊。焊接接頭的型式與尺寸，如圖3。焊縫型式如圖4。

（5）裝備點固焊與組焊成型步驟。

1）首先將翻轉機構底盤即支架10#槽鋼裝配點焊固定。

2）將上述底盤組焊成型：要采取分段，對稱焊接方法，防止機架變型。

3）SUS304厚度10 mm不銹鋼板點固于底盤上，然后完成組焊。

4）主軸點固與組焊。

5）SUS304厚度10mm加強板與工件支承板SUS304點固，然后完成組焊。

裝配規(guī)范參數(shù)見表3。

（6）安排有經驗的持證焊工施焊。

（7）試焊：

圖4 焊接型式

表3 裝配規(guī)范參數(shù)

取10#槽鋼長100 mm，取SUS304鋼板（10 mm）150 mm×150 mm各一件，按上述工藝進行試焊，焊后發(fā)現(xiàn)裂紋，出現(xiàn)問題。

接著，由廠長主持，召開由車間主管和專業(yè)焊接工程師、焊工班長和施焊焊工參加的焊接質量分析會議。在現(xiàn)場針對焊縫裂紋，對焊接母材、焊接材料、清理接口的干凈程度、焊接方法、焊接電流等，進行了分析，查找原因。工程師認為造成裂紋的主要原因可能是焊條的選用不合適。由于A102焊條與A307焊條的化學成份鉻當量、鎳當量的含量不同，附表4[2]。

表4 裝范參數(shù)

采用A102焊條焊接焊縫中形成了脆硬的馬氏體組織產生裂紋。而采用A307焊條則在焊縫中會形成奧氏體+鐵素體雙相組織。經統(tǒng)一意見后，再取一對試樣進行施焊，按國家標準GB/T983-1995《不銹鋼焊條》規(guī)定，根據(jù)熔敷金屬的化學成分、焊接位置和電流種類，選用牌號A307（E309-15）焊條進行焊接，結果焊縫良好，未發(fā)現(xiàn)裂紋和其它缺陷，解決了問題。

（8）翻轉機構是本機焊件的關鍵件，由SUS304厚度10 mm與30#鋼10#槽鋼，異種鋼材的焊接而成。必須分層焊接，打底層，填充層，最后蓋面層焊接而成。焊接規(guī)范參數(shù)見表5。

4 焊接操作注意事項

（1）焊條的烘干，本機施焊時，選用A307（E309-15）焊條，烘干爐調定相應適合的溫度200℃～250℃，進行烘干，1小時烘干水分，放進保溫桶內使用提取時用完一支再取一支，以防止焊縫氣孔等缺陷。

（2）整個試焊過程，焊條與工件的角度保持80°～85°之間，以防止氣孔等缺陷。

（3）注意收弧，將電弧引到坡口處收弧，以防止焊縫凸凹和焊瘤的產生，并用角磨機處理（打磨）收弧處。

表5 焊接規(guī)范參數(shù)

5 304不銹鋼板與10#槽鋼（異種鋼焊接）

打底層焊接如圖5，盡可能將熔池形成控制成為斜橢圓形。避免出現(xiàn)凸圓形焊縫，因為凸圓形焊縫容易形成層間夾渣及溶合不良等缺陷。

打底層的焊接操作，采用滅弧焊或連弧焊操作技術進行施焊。

圖5 打底層焊縫形狀

（1）操作時，焊工的左手或胳膊最好有依托，以保持身體的穩(wěn)定，引弧點應是焊工的正視部位，焊完一根焊條后，焊工需要移動一下位置。保持能正視焊縫，焊工上部身體應隨電弧同時向前移動。但眼睛仍要與電弧保持一定的距離。

（2）打底層焊接，由于過渡熔滴受重力影響，偏離焊條的軸線，向下傾斜，因此，在短弧施焊的基礎上，焊條保持一定的下傾角70°～80°，如圖6。

圖6 焊條角度

由于焊條的傾斜及上板、下坡口面角度的影響，使電弧對上板、下坡口面的加熱不均勻；上板受熱較好，下坡口面受熱較差。同時熔池金屬因受重力作用下墜，極易造成下坡口面熔合不良，甚至冷接。所以，應先擊穿下坡口面，使下坡口面擊穿熔孔在前。起焊時，首先在定位焊縫前10～15 mm處的坡口面上劃擦引弧，然后將電弧迅速回拉到定位焊縫中心部位加熱坡口，當見到坡口兩側金屬即將熔化時，將熔點金屬送至坡口根部，并壓一下電弧，使熔滴與熔化的定位焊縫和母材金屬熔合成第一個熔池。當聽到電弧的穿透聲時，表明已形成了明顯可見的熔孔，這時使焊條與焊件保持一定的斜角，依次在下坡口和上板施焊。施焊時，電弧不要抬得太高，保持短弧焊接。

（3）更換焊條熄弧前，必須向熔池背面多補幾滴熔滴，然后將電弧拉到側后方熄弧[2]。更換焊條速度要快，換好后應立即在熔池處再引弧，利用電弧的加熱和吹力，重新?lián)舸┫缕驴阝g邊，壓低電弧施焊；或在收尾熔池處，加熱1～2 s，使之熔化，然后立即引弧擊穿焊接，保證根部焊透，接頭光滑。

（4）連弧焊的操作，先在始焊部位的坡口面上引弧，待根部鈍邊熔化后，再將液態(tài)金屬帶到下側鈍邊，形成第一個熔池，然后擊穿熔池，并立即采用橢圓形運條法運條。從坡口上側向下側的運條速度要慢一些，防止產生夾渣以及保證填充金屬與焊件熔合良好。從下側向上側的運條速度要快一些，以防止液態(tài)金屬下淌[2]。并盡可能將溶池形成控制成為斜橢圓形，避免出現(xiàn)凸圖形焊縫，因為凸形焊縫容易形成層間夾渣及溶合不良等缺陷。

底層A307（E309-15）不銹鋼焊條按以上方法分段焊接完成后，焊填充層。在填充層焊接之前先用角磨機修理底層焊接接口，引弧和收弧端用沙輪片打磨至理想接口，其它用鋼絲刷打磨直至把焊皮焊渣清理干凈。認真檢查底層有否焊接缺陷，若有缺陷即時修復。

填充層的焊接：檢查完底層焊縫有無氣孔、未熔合等焊接缺陷，有焊接缺陷的要進行修復，確保沒有焊接缺陷后即可準備填充層的焊接，焊接填充層前用鋼絲刷子把底層焊縫刷一遍，測一下焊縫溫度（用紅外線測溫器探測），當焊縫溫度下降到60 C°左右開始填充層的焊接。

表6 304不銹鋼板與槽鋼焊接參數(shù)

蓋面層焊接：填充層檢查完合格后用鋼絲刷子將焊縫刷一遍，測一下焊縫溫度，當焊縫溫度下降到60℃左右開始蓋面層的焊接。

焊接方法焊條角度如圖6所示。焊接電流比焊底層稍大100～110 A。焊接速度控制在每分鐘焊5～6 cm長度。速度過快會造成未焊透、未焊滿；過慢則會造成咬邊、焊瘤、燒穿等缺陷。

6 質量檢查及結果

（1）質檢部門進行外觀檢查，無缺陷，根據(jù)GB/T6147焊縫外觀與內在缺陷分級的規(guī)定[3]、定為Ⅱ級。焊縫成形，紋路比較一致，呈美觀狀態(tài)，焊縫顏色金黃色。

（2）在質管部門組織下，根據(jù)GB/T12467.4-1998焊接質量要求[3]，對整機產品進行負載工作檢驗，無發(fā)現(xiàn)裂紋，無出現(xiàn)其他問題，符合設計要求。

［1］機械設計手冊編委會.機械設計手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1987.

［2］機械工業(yè)職業(yè)技能鑒定指導中心.高級電焊工技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［3］機械工業(yè)技師考評培訓教材編審委員會.焊工［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2005.