燒結(jié)與熔煉焊劑焊接工藝性能及生產(chǎn)成本研究

李靜宇 李曉闖 韓艷紅 吳慶富

摘 要：為了探究燒結(jié)焊劑的焊接工藝性能，我們對燒結(jié)焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431進(jìn)行了埋弧焊焊接工藝評定試驗(yàn)和焊接成本分析，試驗(yàn)結(jié)果表明：燒結(jié)焊接和熔煉焊劑均滿足埋弧焊焊接質(zhì)量要求，且燒結(jié)焊劑的焊接工藝性能更好。燒結(jié)焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431在橋、門式起重機(jī)生產(chǎn)制造中的應(yīng)用試驗(yàn)證明：采用燒結(jié)焊劑代替熔煉焊劑切實(shí)可行，燒結(jié)焊劑的經(jīng)濟(jì)性更好。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)焊劑;熔煉焊劑;焊接工藝

埋弧焊具有焊接生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、勞動(dòng)條件好、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各類重型機(jī)械產(chǎn)品制造中。埋弧焊常用的焊劑有兩種，分別為燒結(jié)焊劑和熔煉焊劑，燒結(jié)焊劑電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫成型美觀，易脫渣，可有效提升生產(chǎn)效率，綜合成本較低;熔煉焊劑抗熱裂紋性能好，具有一定的抗潮能力，但不易脫渣，影響班組生產(chǎn)效率，且綜合成本較高。為了進(jìn)一步研究兩種焊劑在起重機(jī)制造中的應(yīng)用情況，同時(shí)降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，本文開展了兩種埋弧焊焊劑工藝性能評定試驗(yàn)來檢驗(yàn)二者的焊接工藝性能，探究我公司產(chǎn)品制作所用埋弧焊焊劑大規(guī)模采用燒結(jié)焊劑替代熔煉焊劑的可行性。

1 燒結(jié)焊劑與熔煉焊劑性能對比

1.1 燒結(jié)焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431的化學(xué)成分對比

我公司產(chǎn)品生產(chǎn)制造使用的埋弧焊焊劑牌號為SJ101與HJ431，二者主要化學(xué)成分見表1、表2。

1.2 燒結(jié)焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431的工藝性能對比

燒結(jié)焊劑常溫下呈灰白色近圓顆粒狀，松裝密度較小，焊劑易于回收;熔煉焊劑則表現(xiàn)為深棕或亮黑色玻璃顆粒狀，松裝密度較大，二者工藝性能見表3。

2 燒結(jié)焊劑SJ101與熔煉焊劑HJ431焊劑埋弧焊接工藝評定試驗(yàn)

本次試驗(yàn)參照GB 50661-2011鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范進(jìn)行，試驗(yàn)內(nèi)容包括兩種焊劑對接接頭的力學(xué)性能試驗(yàn)、工藝性能檢測以及焊接成本試驗(yàn)三項(xiàng)，在試驗(yàn)結(jié)果滿足焊接工藝要求的前提下，探究相同長度焊縫兩種焊劑的實(shí)際消耗量，最終得到二者的焊接成本對比結(jié)果。

2.1 試驗(yàn)材料、焊接設(shè)備及參數(shù)

本次試驗(yàn)選用焊接材料參數(shù)見表4，SJ101焊劑350℃烘干2h處理，HJ431焊劑250℃烘干2h處理。焊機(jī)型號為KZ-4數(shù)字化埋弧焊機(jī)，控制焊接電流參數(shù)為450～560A，電壓30～35V，焊接速度25～32m/h。

2.2 試驗(yàn)項(xiàng)目及檢查內(nèi)容

1）力學(xué)性能試驗(yàn)：檢測項(xiàng)目包括試板外觀檢驗(yàn)、焊縫超聲波探傷檢測（UT檢驗(yàn)）、金相分析檢測、力學(xué)性能試驗(yàn)（拉伸2件，彎曲4件，沖擊2組）。

2）工藝性能試驗(yàn)：檢測項(xiàng)目包括焊縫外觀質(zhì)量、焊渣外觀質(zhì)量、脫渣情況、電弧穩(wěn)定性。

3）焊劑成本對比試驗(yàn)：選取我公司某型號主梁腹板作為試驗(yàn)工件進(jìn)行焊接成本試驗(yàn)，控制焊縫長度10m，記錄兩種焊劑的消耗量和產(chǎn)生的焊渣重量，進(jìn)行成本估算。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1）燒結(jié)焊劑SJ101與熔煉焊劑HJ431埋弧焊力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5可知，燒結(jié)焊劑SJ101與熔煉焊劑HJ431的外觀質(zhì)量正常;UT檢驗(yàn)無可記錄缺陷，符合GB/T29712-2013 2級驗(yàn)收要求;金相分析檢驗(yàn)在焊縫區(qū)、熱影響區(qū)均無可見的裂紋、未融合等缺陷;焊縫區(qū)的平均沖擊吸收功和熱影響區(qū)的平均沖擊功均遠(yuǎn)高于規(guī)定值，母材厚度為14mm時(shí)，兩種焊劑對應(yīng)的試板平均沖擊吸收功數(shù)值相同，母材厚度為40mm時(shí)，SJ101焊劑的試板平均沖擊吸收功數(shù)值高于HJ431焊劑的試板平均沖擊吸收功數(shù)值;兩種焊劑對應(yīng)試板的抗拉強(qiáng)度均大于母材規(guī)定值的最小值;彎曲試樣拉伸面上的焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)，沿任何方向均未發(fā)現(xiàn)長度大于3mm的開口缺陷。以上分析結(jié)果證明，燒結(jié)焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431的試樣各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果均滿足焊接工藝要求，且燒結(jié)焊劑SJ101在板厚為40mm時(shí)抗拉強(qiáng)度和平均吸收功值高于熔煉焊劑HJ431。

2）采用我公司某型號主梁腹板作為試驗(yàn)工件進(jìn)行焊接成本試驗(yàn)，通過焊接過程記錄和焊后觀察發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)焊劑SJ101焊接時(shí)電弧燃燒更加穩(wěn)定，焊接產(chǎn)生的煙塵更少，無嗆人氣味，在焊接過程中可自動(dòng)脫渣，焊接工藝性能良好，焊縫表面成形飽滿美觀。兩種焊劑產(chǎn)生的焊渣正反面對比情況見圖1，脫渣情況見圖2，焊縫表面質(zhì)量見圖3。

燒結(jié)焊劑SJ101產(chǎn)生的焊渣呈白色棒條狀，焊渣與焊縫接觸面紋路清晰均勻，在焊接過程中可自行脫渣，自動(dòng)脫渣長度最大為1.6m，脫渣性能優(yōu)異;HJ431焊劑產(chǎn)生的焊渣呈黑色棒條狀，焊渣與焊縫接觸面產(chǎn)生一定數(shù)量大小不均的氣孔，且無自動(dòng)脫渣情況，需班組施焊人員手動(dòng)脫渣，影響班組生產(chǎn)效率。

由表6中結(jié)果可知，埋弧焊實(shí)際焊接過程中均會(huì)產(chǎn)生無法避免的操作損耗，但燒結(jié)焊劑的利用率高于熔煉焊劑，且燒結(jié)焊劑易于回收。焊接相同長度的焊縫時(shí)，燒結(jié)焊劑的使用量更少，較熔煉焊劑節(jié)省約18%。目前市面上某品牌燒焊焊劑SJ101的價(jià)格比熔煉焊劑HJ431低6%左右，假設(shè)我公司埋弧焊熔煉焊劑的年消耗量為300噸，若全部使用燒結(jié)焊劑代替熔煉焊劑，則可節(jié)約成本22.68%，經(jīng)濟(jì)效益可觀，因此燒結(jié)焊劑SJ101的經(jīng)濟(jì)性顯著優(yōu)于熔煉焊劑HJ431。

4 燒結(jié)焊劑在起重機(jī)制造中的應(yīng)用

根據(jù)焊接工藝評定試驗(yàn)結(jié)果編制相應(yīng)的焊接工藝規(guī)程，采用燒焊焊劑SJ101與焊絲H08MnA焊接我公司某型號起重機(jī)主梁縱縫及卷筒環(huán)縫，對焊縫進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查、磁粉探傷等檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果滿足《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》、《橋、門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)件焊縫外形尺寸技術(shù)要求》、《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。實(shí)踐證明采用燒結(jié)焊劑代替熔煉焊劑切實(shí)可行，且燒結(jié)焊劑的經(jīng)濟(jì)性更好。

5 結(jié)論

1）兩種焊劑的焊接工藝評定試驗(yàn)結(jié)果表明，燒結(jié)焊劑SJ101和熔煉焊劑HJ431的焊接工藝性能良好，均能滿足我公司產(chǎn)品的焊接質(zhì)量要求，且燒結(jié)焊劑SJ101對應(yīng)的焊縫抗沖擊性能更強(qiáng)。

2）與熔煉焊劑HJ431相比，燒結(jié)焊劑SJ101的脫渣性能更好，且焊接相同長度的焊縫，燒結(jié)焊劑SJ101的消耗量比熔煉焊劑HJ431節(jié)省約18%，綜合成本降低22.68%，經(jīng)濟(jì)性更好。

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