阀门堆焊修复工艺探讨

2017-04-12徐书劼韦家明

设备管理与维修 2017年3期

关键词：熔焊焊枪堆焊

徐书劼，韦家明

（中国中车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京210000）

阀门堆焊修复工艺探讨

徐书劼，韦家明

（中国中车南京浦镇车辆有限公司，江苏南京210000）

根据熔焊成型要求调整焊接工艺参数，焊枪起弧、熄弧控制。分析熔焊成型件存在的缺陷及形成原因，给出熔焊成型件成型质量评定指标。通过模拟件堆焊工艺试验解决焊缝起弧点选择、焊缝路径规划和焊道间距设置等问题。

阀门；路径规划；堆焊

0 引言

阀门是结构复杂且负荷较重的重要机件，要求有足够的强度且耐热性好。实际工况是，阀门底部表面是燃烧室的顶壁，承受机械负荷、高温和由气体施加压力的热负荷，同时承受紧固安装连接螺栓的预紧力并伴随冷却水和高温气体对螺栓的腐蚀。选用性能良好的材料堆焊密封面，能显著延长阀门的使用寿命，同时节省大量合金材料[1]。

1 阀门结构分析

两端对称的阀门，堆焊合金内的中心部分。焊接部分的45°斜面，中心点附近（即15°角变化，60°底面），焊接左部分和右边缘朝向中心，并具有45°角的宽度，堆焊边缘处有圆角过度，堆焊高度6.5 mm。对称阀门待焊区域如图1所示。

由于阀门堆焊部分不在一个平面，而是由长边方向圆弧组成的，焊接过程中必须保证工件随中心轴的转动同步焊接，使焊缝中点始终处于水平位置最低点，这样每一条焊缝都在水平或接近水平面位置焊接，保证熔池有足够时间凝固[2]。

2 堆焊路径选择

堆焊作业中，堆积轨迹

热输入会影响焊接成型过程，从而影响工件的堆焊成型质量，因此要根据不同堆积轨迹的特征（图2），选择适合的堆焊路径。

（1）平行扫描法。如图2（a）、图2（b）所示，焊接成型过程中，沿扫描线堆叠的长边会影响沿该扫描线短边热输入的部位，引起部件成形时温度场的变化。特别是在焊接转向位置，高温加热时间长会影响焊接质量。

（2）隔行堆积法。如图2（c）所示，从焊接角度看，隔行堆积比逐行堆积更接近常规焊接过程。因为采用隔行堆积时，前两条焊缝都不会受到其他焊缝的干扰，后面焊缝在前两条焊缝间成型，与常规的焊接过程相似，焊缝对称成型。而采用逐行堆积，后面的焊缝会受到前面焊缝的干扰，使成型不对称。

图1 阀门待焊区域示意图

（3）轮廓和方向平行结合堆积法。如图2（d）所示，该方式的优点是可以先对轮廓采用较小层厚的扫描以确保零件表面光滑，内部区域采用最大层厚扫描以保证最快的堆积速度。缺点是转向时温度场的变化影响焊接质量。

（4）轮廓平行扫描法。图2（e）、图2（f）都为轮廓平行扫描方法（“回”字形焊接），不同之处在于图2（e）从外往内平行轮廓扫描，而图2（f）是从内往外平行轮廓扫描，这两种方法会使熔焊成型过程中的散热条件等发生变化。这两种方法，避免了前两种方法的缺点，保证焊接质量良好。因此，阀门焊接采用图2（e）或图2（f）的“回”字形焊接方法，是较合适的焊接路径。

3 堆焊工艺试验

3.1 焊接起弧点的选择

起弧点的焊接质量较难控制，将它选在角焊缝上，而不是放置在难度较大的L形焊缝的拐点，考虑到焊道间距，把起弧点选在距离右侧围板48 mm的位置。

3.2 焊缝轨迹设计

（1）焊接工艺参数。焊接电流270 A，电压26.8 V，焊接速度0.3 m/min，为更好的熔透侧壁，在焊枪倾斜的同时增加摆动，摆动形式为Triangle，摆幅2 mm。保护气体为99.99%的氩气，气体流量15 L/min。焊丝材料为H08Mn2SiA，焊丝直径1.2 mm，焊接底板和围板材料为低碳钢Q235B。

（2）焊前准备、焊道布置。当焊道间距为熔宽的6/9时，焊接成型情况最好，表面均匀平整，焊缝熔宽12 mm，焊道间距设置为8 mm，具体路径如图3所示。

（3）操作步骤。①确定焊缝起弧点后，焊枪工作角改为40°后起弧焊接，焊接轨迹路径为顺时针“回”字形，当焊枪行走到A点时，将行走角度变为-45°。②从A点出发，沿AB边行走，将行走角由-45°变为45°，焊枪工作角保持40°。③到达B点后，将行走角由45°改变为-45°，沿着BC边施焊。④到达C点后，再次将行走角由-45°变为45°沿着CD边行走。④到达D点后，向着起弧点方向行走，行走角由45°变为0°，当距离起弧点8 mm时，焊接方向转变为垂直AD边向BC边行走，当行走8 mm时，再次转换焊接方向为平行于AD边向AB边行走，工作角为0°，行走角为0°，每次距离焊道8 mm时，选择顺时针转弯行走，依次焊接到熄弧点，提枪到安全点。