某機座焊接變形堆焊修復工藝探討

繆 輝，鄧 敏，鐘俊林

(中車資陽機車有限公司，四川 資陽 641300)

0 引言

通過工藝分析，考慮到Q345C鋼的可焊接性能，擬采用焊接的方法對超差區(qū)域進行堆焊修復，堆焊后堆焊位置略高于周邊平面0.5～2 mm，以確保焊后通過再次機加工達到圖樣要求尺寸。

圖1 機座結(jié)構(gòu)示意圖

1 存在的問題、難點及解決思路

1.1 存在的問題、難點

1)工件材料為Q345C，Q345鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大，在低溫下或在大剛性、大厚度結(jié)構(gòu)上焊接時，易出現(xiàn)冷裂紋[1]，本文需要堆焊的板厚為30 mm，在室溫6℃～15℃下焊接，存在此種風險。

2)工件的中心孔已完成機加工工序，而從堆焊面到中心孔弧面的最小距離僅為50 mm，中心孔在堆焊熱影響區(qū)的范圍內(nèi)，因此保證堆焊后中心孔不變形是修復過程控制的關(guān)鍵。機座焊后變形如圖2所示。

圖2 機座焊后變形

1.2 解決思路

針對如何保證堆焊后中心孔不變形，工藝確定了“合理選擇焊接設(shè)備及焊材、焊前固定、焊中降低熱輸入、焊后去應(yīng)力”的解決思路，并制定修復工藝。

2 堆焊修復工藝

2.1 焊接設(shè)備的確定

手工電弧焊設(shè)備簡單，焊接操作時不需要復雜的輔助設(shè)備，也不需要氣體防護，具有較強的抗風能力，因此本次堆焊采用手工電弧焊。本次焊接采用的焊接設(shè)備為ZX 7-400型逆變直流焊機，極性選擇直流反接。直流反接焊條熔化快，可減輕焊接飛濺，而且由于熔池處于陰極，由焊條方向射來的氫離子與熔池表面的電子中和形成氫原子，從而減少氫氣孔。

2.2 焊接材料的選擇

由于Q345鋼有冷裂紋傾向，選用低氫型的焊接材料，同時考慮到焊接接頭應(yīng)與母材等強的原則和小的焊接熱輸入原則，選用E5015 (J507)型電焊條，焊條直徑3.2 mm。

2.3 焊接參數(shù)的選擇

為避免焊接過熱，導致焊縫組織粗大，造成沖擊韌性下降，選用小直徑焊條、窄焊道、薄焊層、多層多道的焊接工藝。焊接電流控制在110～120 A，采用快速焊，單層焊縫厚度控制在1.5 mm以內(nèi)，單道焊縫寬度控制在5～7 mm。每段焊縫焊后冷卻至30℃以下，再進行下一道焊接[2]。

2.4 剛性固定

機座端面有大量鏤空，剛性弱，在中心孔垂直方向加工藝支撐(見圖3)，增加端面剛性，防止圓孔受熱后向下變形。

圖3 焊前加工藝支撐

2.5 焊接順序

將需要堆焊的區(qū)域用7條線，均分為6個區(qū)域，如圖3所示。焊接時，首先在序號1位置沿板厚方向焊接一條30 mm長的焊縫，然后在序號3位置沿板厚方向焊接一條30 mm長的焊縫，以此類推，依次在序號6、2、5、4、7沿板厚方向焊接一條30 mm長的焊縫，通過這種交錯對稱施焊(1—3—6—2—5—4—7—1)的方式，控制層間溫度，減少熱輸入，達到控制焊接變形的目的。

2.6 強制冷卻

在焊接區(qū)域制作儲水槽，將石棉墊浸濕后放到距離焊縫30 mm以外的位置，通過物理降溫的方式降溫(見圖4)，減少受熱面積，降低工件升溫速度，從而減少變形。

圖4 濕石棉網(wǎng)物理降溫

2.7 焊后去應(yīng)力

每條焊縫焊完后，立即用榔頭對焊縫進行敲擊，釋放焊接應(yīng)力[3]。

3 試驗結(jié)果與討論

焊接前，使用內(nèi)徑千分尺對N端端面中心孔內(nèi)徑水平方向和垂直方向以及機座長度進行測量并記錄，然后使用砂輪將待焊區(qū)域及附近20 mm范圍的油漆打磨拋光至露出金屬光澤，并用膠皮對焊接區(qū)域進行防護，避免加工面和已加工孔損傷，然后按照堆焊工藝進行焊接，最終堆焊效果如圖5所示。

圖5 堆焊效果圖

3.1 堆焊后中心孔尺寸檢測

焊接后，使用內(nèi)徑千分尺再次對N端端面中心孔內(nèi)徑水平方向和垂直方向以及機座長度進行測量，測量結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，堆焊后，中心孔內(nèi)徑垂直方向未發(fā)生改變，水平方向增加了0.03，但仍在設(shè)計公差范圍內(nèi)，符合要求。機座總長增加0.02 mm，在設(shè)計尺寸公差范圍內(nèi)，符合要求。堆焊完成后，堆焊面高于周圈平面1～2 mm，通過二次加工后機座頂部平面度達到1 mm，符合設(shè)計要求平面度小于等于2 mm。

3.2 焊縫質(zhì)量檢測

加工后采用磁粉探傷進行焊縫無損檢測，磁粉探傷結(jié)果該焊縫無焊接裂紋、氣孔等缺陷，焊縫質(zhì)量滿足ISO5817 B級標準要求。

表1 焊接前后尺寸測量結(jié)果 單位：mm

4 結(jié)語

本次機座焊接變形修補采用了低氫型J507堿性焊條直流反接的堆焊工藝。在焊接過程中使用小的焊接電流、分區(qū)域?qū)ΨQ交錯施焊焊接順序等措施減少焊接熱輸入，同時通過物理降溫降低工件升溫速度，有效避免了焊接過熱帶來的焊接缺陷和焊接變形。焊后通過機械敲擊釋放焊接應(yīng)力，避免因焊接應(yīng)力集中導致焊縫產(chǎn)生裂紋。焊接后的尺寸檢查以及焊縫探傷結(jié)果說明堆焊后尺寸和質(zhì)量均符合設(shè)計要求，達到了預期目的，是一個成功的修復工藝。