張彩霞

摘要：采用異種鋼進行中部槽雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗。試驗了半機械化和自動化兩種焊接方式，采用不同的對接間隙和鈍邊，并分析了焊接接頭的宏觀金相、微觀組織形貌和力學性能。結果表明，對接間隙為2～3 mm、鈍邊為0～2 mm，是半自動化和自動化MAG雙面雙弧打底焊工藝實施的最佳參數(shù)，可以獲得優(yōu)良的焊接接頭。

關鍵詞：中部槽;雙面雙弧焊;打底焊;半機械化;自動化

中圖分類號：TG444+.72 文獻標志碼：B 文章編號：1001-2303（2020）04-0127-05

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2020.04.23

0 前言

雙面雙弧焊是指在工件的兩面同時施焊的焊接工藝。打底焊是焊接制造的關鍵，自動化打底焊更是難點之一。目前，礦用中部槽打底焊技術主要采用的有正面打底、反面清根的方式，單面焊雙面成型方式[1-3]，TIG雙面雙弧焊方式，氣渣聯(lián)合保護方式[4]。清根方式主要有自動或半自動的碳弧氣刨、砂輪打磨等，費時費力，工人勞動強度大。單面焊雙面成型技術依賴于母材對接間隙的標準化程度，適應性差;雙面雙弧焊是目前最適合進行自動化的打底焊方式，但是大部分局限于手工TIG焊，手工TIG焊生產(chǎn)效率低，不適合用于厚板的自動化焊接。自動化、智能化是現(xiàn)代生產(chǎn)制造的趨勢與發(fā)展方向，厚板的自動化打底焊接成為需要迫切解決的問題之一。

1 工藝試驗

工藝試驗的主要目的是評定中部槽雙面雙弧MAG打底焊工藝的可行性，同時確定合理的工藝。

1.1 試件的規(guī)格及接頭形式

試驗接頭采用對接接頭，如圖1所示，由中板和槽幫對接而成。中板規(guī)格350 mm×150 mm×40 mm，開K形坡口，坡口角度為40°，采用機械加工，有效地避免了切割坡口的表面碳化現(xiàn)象;槽幫為鑄件，采用機械加工，規(guī)格350 mm×150 mm×40 mm。雙面雙弧焊接位置示意如圖2所示。

1.2 試驗材料

試驗母材中板用材料HARDOX450，屬于超高強耐磨鋼[5]，由瑞典SSAB鋼鐵公司研究開發(fā)，適應于制造鏟斗、裝載機、破碎機等，該鋼板能夠承受各種巖石、沙子、矸石的磨損。其化學成分如表1所示，機械性能如表2所示。

試驗母材槽幫用材料ZG30MnSiMo屬中碳低合金鑄鋼，其化學成分如表3所示，機械性能及熱處理狀態(tài)如表4所示。

1.3 試驗設計

試驗在半機械化和自動化兩種方式下分別設計不同間隙、不同鈍邊，試驗設計如表5所示。

1.4 半機械化雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗

（1）試驗過程。

半機械化雙面雙弧MAG打底焊工藝試驗中，采用φ1.2 ER69-1焊絲，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%保護氣體，前弧和后弧間距30 mm，試驗參數(shù)如表6所示。

（2）外觀檢驗。

經(jīng)目測檢驗，半機械化雙面雙弧MAG打底焊道對接間隙在0～3 mm時，焊道表面成形良好;對接間隙為4 mm時，焊道稍有下淌現(xiàn)象;當間隙放大到5 mm時，焊道不能成形，無法實現(xiàn)雙面雙弧焊接。

（3）性能檢驗。

焊接后取樣，分別進行抗拉強度與沖擊試驗，各間隙下打底焊道機械性能如表7所示。

對接間隙為0時，打底焊道抗拉強度及沖擊吸收功都較低，不滿足使用要求;對接間隙在2～4 mm時，檢測數(shù)據(jù)符合設計性能要求。

（4）金相檢驗。

焊后對各試件的焊接接頭進行了宏觀金相及對應的低倍金相檢驗，半機械化試驗接頭宏觀及低倍金相如圖3所示，主要檢驗打底焊道處是否良好熔合。

由圖3可知，試驗件JX0-0#及JX0-2#均未焊透，存在夾雜;JX2-2.5#打底處槽幫側未焊透;JX3-0#熔合良好，存在輕微氣孔;JX3-2#打底熔合良好，無缺陷;JX3-3#及JX4-3#打底處高強耐磨板側均出現(xiàn)未熔合。結果表明，間隙為2～3 mm，鈍邊為0～2 mm時，坡口設計最為合適，是雙面雙弧MAG打底焊的最佳條件。

2.5 自動化雙面雙弧打底焊試驗

目前，機器人雙面雙弧焊試驗使用較多的是TIG雙弧焊[6]，本研究進行了自動化雙面雙弧自動MAG焊試驗。

（1）試驗過程。

在半機械化試驗的基礎上，采用機器人桶裝φ1.2 GM-100C焊絲，φ（Ar）80%+φ（CO2）20%保護氣體進行自動MAG雙面雙弧焊接試驗，試驗參數(shù)如表8所示。

（2）外觀檢驗。

經(jīng)目測檢驗，自動化雙面雙弧弧打底焊道對接間隙為0～3 mm時，焊道表面成形良好;對接間隙為4 mm時，焊道稍有下淌現(xiàn)象。

（3）性能檢驗。

焊接后取樣，分別進行抗拉強度與沖擊試驗，打底焊道機械性能如表9所示。

（4）金相檢驗。

焊后對各試件的焊接接頭進行宏觀金相及對應的低倍金相檢驗，金相組織如圖4所示，主要檢驗打底焊道處是否熔合優(yōu)良。

通過試驗及檢驗證明，ZD1-1#打底未焊透;ZD2-1#打底焊道熔合良好，組織均勻;ZD3-1#打底焊道熔合良好，組織均勻;ZD4-2#打底焊道熔合良好，組織均勻。結果顯示，間隙為2～4 mm、鈍邊1～2 mm時，坡口設計最為合適，是自動化對弧打底焊的最佳條件。

3 應用效果

本研究中半機械化雙面雙弧打底焊工藝技術在生產(chǎn)中得到了快速有效的應用，提高了打底焊接生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了焊接質量。自動化雙面雙弧焊接工藝為將來的自動化焊接、智能化焊接提供了工藝技術支撐。

4 結論

（1）當接頭對接間隙小于等于1 mm時，半機械化及自動MAG雙面雙弧焊工藝無法實現(xiàn)，打底焊道存在未焊透缺陷。

（2）當對接間隙為2～3 mm，鈍邊為0～2 mm時，是半機械化和自動化雙面雙弧焊工藝實施的最佳條件，打底焊道熔合優(yōu)良、組織均勻，機械性能符合接頭設計要求。

（3）當間隙為4 mm、鈍邊為2 mm，可以實現(xiàn)自動化MAG雙面雙弧打底焊技術。

（4）當間隙大于等于5 mm時，半機械化和自動化MAG雙面雙弧焊工藝均無法實現(xiàn)。

參考文獻：

[1] 賀志范，王振. 單面焊雙面成形質量差的原因及防止措施[J]. 商丘職業(yè)技術學院學報，2005，4（5）：53-54.

[2] 王濤. MAG半自動單面焊雙面成型[J]. 水利電力機械，2006，28（9）：46-47.

[3] 梁杰鋒，陳軒波. 單面焊雙面成形質量差的原因及防止措施[J]. 建筑工程技術與設計，2015（30）：839-839.

[4] 郭德才. CO2氣渣聯(lián)合保護焊的應用[J]. 焊接技術，1993，22（4）：3-4.

[5] 葛世榮，王軍祥，王慶良，等. 刮板輸送機中錳鋼中部槽的自強化抗磨機理及應用[J]. 煤炭學報，2016，41（9）：2373-2379.

[6] 李綠葉，吳松林. 雙面雙弧焊對高強鋼焊接效率和質量影響分析[J]. 材料開發(fā)與應用，2019，34（3）：59-62.