中厚板焊接坡口优化及推广

白 斌,杨尚志

（酒钢集团酒泉天成风电设备有限责任公司，甘肃 嘉峪关 735100）

中厚板焊接坡口优化及推广

白 斌,杨尚志

（酒钢集团酒泉天成风电设备有限责任公司，甘肃 嘉峪关 735100）

常见的中厚板焊接时，为确保熔透焊缝焊接质量，一般采用正面切割V型或Y型坡口，反面用碳弧气刨进行背面清根，切割V型坡口时，一方面对焊接工作量增加，焊材消耗量也较大。另一方面也会增加作业时间，降低劳动工作效率。本文主要通过中厚板焊接坡口优化为二次火焰切割坡口，实现节约焊接材料，提高生产效率，降低劳动强度，并向操作者进行推广应用。

熔透焊缝；二次火焰切割坡口；推广应用

中厚板（t≥30mm)焊接之前，采用常规工艺思路：正面切割V型或Y型坡口，采用焊材熔敷金属进行填充，背侧采用碳弧气刨进行清根，打磨金属光泽，再进行焊接，以确保实现熔透性焊缝质量。这类传统的工艺具有劳动强度大，生产效率较低。为了保证熔透性焊缝质量情况下，充分利用现有的焊接资源条件，实现高效率，优化焊接工艺坡口，减少人、材、机的浪费。面对当前制造行业困境形式，落实降本增效已成为当今制造企业长期坚持的一项基本义务。

本文主要通过试验方法和结合铆焊件生产制作的实际情况，改进焊接V型坡口为二次火焰切割坡口，减少焊材熔敷金属填充，达到降本增效，改善操作者劳动强度和缩短工作时间的目的。

1 模型法

1.1 模型基本概况

材料选择采用低碳合金钢焊接试板进行，材质为Q345D，以厚度为30mm为例，切割各四块，规格为：350×200；焊材采用CO2气保焊丝ER50-6(直径Φ1.6mm），试板分2组进行，均为对接焊缝，1组切割单面V型坡口（编号为A-1和A-2，如图1所示）[1]，另外1组进行二次火焰切割单面坡口 （编号为B-1和B-2,如图2所示）[2]。

1.2 坡口切割

坡口是指焊件的待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽。根据需要，有X型坡口，V型坡口，U型坡口等，但大多要求保留一定的钝边。焊接坡口的选择需要遵循的原则：1)尽量减少焊缝金属的熔敷量，提高生产率;2)应保证熔透(焊透)和避免产生根部裂纹;3)坡口加工方便，有利于焊接操作; 4)尽量减少工件的焊后变形。

根据坡口切割的原则，我们设想在当前实际焊接坡口切割的基础上进行优化，在保证以上原则和焊缝熔合比[3]（所谓焊缝熔合比：焊接领域中，是指熔焊时，被熔化的母材在焊道金属中所占的体积百分比。熔合比也可以以焊道金属中母材金属熔化的横截面积SB与整个焊道横截面积SA+SB之比值来计算，即：熔合比=SB/（SA+SB））适当的情况下，对焊接坡口面进行调整角度，现将V型坡口与二次火焰切割坡口进行对照。

我们设想对两组试板进行坡口切割，一组试板（编号A-1和A-2,如图1所示）切割单面坡口，坡口角度规定为22°，钝边2mm。另一组试板（编号B-1和B-2，如图2所示）采用二次火焰切割单面坡口，一次火焰切割坡口角度规定为21°，二次火焰切割坡口角度设想规定为17°（实际根据CO2气保焊枪保护套直径确定），钝边2mm。清除干净坡口面及坡口两侧30mm范围内氧化皮，并打磨至露出金属光泽。

图1 试板示意图

图2 试板熔切割坡口

1.3 组装

试板坡口尺寸切割符合要求后，组装时应钝边对称，间隙不超过1.5mm.严格控制对装出现错边超标或夹渣，未焊透等缺陷。详见如图3，图4所示。

图3 A对装试板

图4 B对装试板

1.4 焊接

焊接过程中，记录焊材及CO2气体消耗及工作时间。试焊编号A-1与A-2焊接顺序为：正面采用气保焊Φ1.2焊丝打底，Φ1.6正面填充坡口一半，翻转试板背面采用碳弧气保进行清根，清根过程不计清根时间和碳棒数量，清根完毕后，打磨至金属光泽，再采用气保焊焊满。最后再次对试板翻转，采用气保焊焊完剩余焊缝，如图5所示。

图5 A焊接试板

试板编号B-1和B-2焊接顺序与A试板皆相同。如图6所示。

图6 B焊接试板

整个焊接试验过程，焊接电流和电压及焊接速度是相同的，需要详细记录每块焊接试板焊接材料的用量。试验电流，电压及焊接速度分别规定为：22V，180A，26cm/min[4].焊缝质量，CO2气体消耗及焊接工作时间在本次试验数据不作研究对象（实际二次火焰切割的坡口焊接比V型坡口所消耗的CO2气体用量及工作时间要少），本次试验按照熔透性焊缝进行处理。

2 试验结果

2.1 理想化试验图形法

焊材的用量可以采用示意图7和示意图8直观的进行观察出来。明显二次火焰切割坡口（图8）的焊材用量要比切割的V型坡口（图7）焊材用量要少的多，并且可以根据作图方式将焊缝截面测算出来（图9阴影部分）。

图7 A试板

图8 B试板

图9 节约焊材用量

2.2 面积测算法

通过采用面积测算30mm全熔透对接缝，二次火焰切割坡口比切割V型坡口焊接消耗的焊材要减少10%～20%，本次模型试验法采用的试件长度为350mm,所以如果正式构件制作焊接时，很多构件对接缝长度远大于350mm，焊缝越长，节约的焊材就越多，经济效益越明显。

3 中厚板焊接坡口的推广

中厚板焊接通常运用在大型钢结构，钢架，机架及机座钢板的对接缝[5]，基本上都是由人工操作，一般都采用焊接方法CO2气体保护焊。结合当前生产设备实际状况，焊接工作量大，劳动强度增加。因此，为了提高生产效率，节约生产成本，降低劳动强度，我们可以通过对中厚板的坡口进行优化，改为二次火焰切割坡口，减少坡口角度，减少焊接填充量10%～20%，节省焊接人工和焊接材料，也可以推广运用在埋弧焊一次成型，焊接外观美观。

TU758